浸水對邊坡支護的影響及FLAC 3D數值模擬分析

安宏科

（陜西鐵路工程職業技術學院，陜西 渭南 714000）

浸水對邊坡支護的影響及FLAC 3D數值模擬分析

安宏科

（陜西鐵路工程職業技術學院，陜西 渭南 714000）

為揭示浸水對基坑邊坡支護穩定性的影響，本文分別對比不同土釘間距、土釘長度、入射角度、邊坡坡度等情況下邊坡浸水前后的穩定性變化，并根據土體強度浸水折減原理建立FLAC 3D數值模擬分析浸水后邊坡穩定性的變化，結果發現砂土及粘土層發生受力破壞，進一步證明了浸水給邊坡支護穩定性帶來的危害。本文可以為基坑邊坡支護設計及施工提供借鑒。

基坑支護；穩定性；浸水；數值模擬

近年來，隨著我國經濟的快速發展，基礎設施建設也一直保持強勢勁頭，無疑在保證工程建設質量的同時其安全問題成為關鍵所在［1］。深基坑的開挖經常出現坍塌等質量及安全事故，基坑支護方法及其邊坡穩定性是基坑工程的核心所在［2］。水損害是工程中一直存在的安全隱患，但在基坑邊坡工程中浸水對其支護效果的影響未得到全面分析，全面分析浸水對邊坡支護工程的影響是解決水損害的前提［3］。因此，本文在多年工程實踐經驗的基礎上，重點分析浸水前后邊坡穩定性的變化，并采用FLAC 3D軟件數值模擬浸水情況下邊坡失穩，為深基坑邊坡支護的設計及施工提供借鑒。

1 浸水前后基坑邊坡穩定性分析

本文依托理正基坑計算軟件，針對工程實例，研究浸水前后基坑邊坡穩定性變化，通過改變不同土釘間距、土釘長度、入射角度、邊坡坡度等參數，分別計算基坑邊坡的穩定性安全系數。各種土類的土層參數見表1。

浸水條件下，砂性土層內摩擦角ψ變化較小，對土體整體強度影響也較小，因此在此處不做細致研究。隨著坡體增濕含水量增大，其抗剪強度隨含水量的逐漸增大而連續降低，對浸水條件該工程土體粘聚力c值進行簡化計算，計算結果見表2。

表2 浸水條件下不同土層的c值折減值

表1 土層參數

1.1 不同土釘間距下浸水前后基坑邊坡穩定性的變化

選取不同土釘間距1.2～1.7m，土釘長度取9m，入射角度取10°，邊坡坡度取75°，計算得到基坑邊坡穩定性安全系數如表3所示。

表3 不同土釘間距下穩定性安全系數表

由表3計算結果可知，隨著土釘間距的增大，浸水前后基坑邊坡穩定系數均逐漸減小；其中間距為1.2m時，浸水后邊坡穩定性降低約10%。因此，合理設置土釘間距及保證無浸水狀態是維護邊坡穩定的重要環節。

1.2 不同土釘長度下浸水前后基坑邊坡穩定性的變化

選取不同土釘長度8.0～12.0m，土釘間距取1.5m，其他條件不變，計算得到基坑邊坡穩定性安全系數如表4所示。

表4 不同土釘長度下穩定性安全系數表

由表4計算結果可知，土釘越長，邊坡穩定性越好，相同長度下邊坡浸水后其穩定性會有不同程度降低，降低值約為10%。

1.3 不同土釘入射角度下浸水前后基坑邊坡穩定性的變化

選取不同土釘入射角度8.0°～12.0°，土釘間距取1.5m，長度取9m，其他條件不變，計算得到基坑邊坡穩定性安全系數如表5所示。

由表5計算結果可知，合理設置土釘射入角也是保證土釘支護邊坡施工質量的關鍵環節，過大和過小的射入角都不合適，土釘射入角10度時邊坡穩定性較好，浸水后穩定性降低約10%～25%。

表5 不同土釘入射角度下穩定性安全系數表

1.4 不同邊坡坡度下浸水前后基坑邊坡穩定性的變化

選取不同邊坡坡度71.0°～75.0°，土釘間距取1.5m，長度取9m，入射角度取10°，其他條件不變，計算得到基坑邊坡穩定性安全系數如表6所示。

表6 不同土邊坡坡度下穩定性安全系數表

表6計算結果顯示，邊坡的放坡坡度是支護施工中的關鍵環節，過陡的邊坡無法保證施工安全，合理設置放坡可以有效緩解浸水對邊坡穩定性的影響，合理邊坡坡度為71°，但總體趨勢是浸水后邊坡穩定性大幅度降低。

總結可知，基坑的穩定性隨土釘間距的增大和邊坡坡度的增大而減小，合理土釘入射角為10°，基坑的穩定性安全系數隨著土釘長度的增加而不斷增大。浸水條件下與無浸水條件下的計算結果進行對比分析發現，相同條件下的安全系數都有大幅度降低。合理的土釘間距為1.2m，合理土釘入射角度為10°，合理邊坡坡度為71°，基坑的穩定性安全系數隨著土釘長度的增加而不斷增大，實際工程中應采取其他基坑加固方案進行配合支護。

2 浸水下基坑邊坡穩定性的數值模擬分析

依照基坑開挖施工設計方案，邊坡依照實際案例進行土層劃分，坡腳仰角為79°，各層土按現場實際情況安裝土釘及錨桿。為保證計算準確，減少誤差，坡底基坑寬度選定為10.0m，底層粘性土層厚度取4.4m。具體建模參數簡圖如圖1所示。

圖1 土層及錨桿基本簡圖

根據現場施工資料顯示，位于基坑西南側坡體土方開挖-10.27～-7.37m內出現塌方事故，初步原因是由于地層滲水導致土體強度降低，造成抗力不足誘發塌方。因此借助FLAC 3D，利用“二分法”，引用強度折減原理對坡體穩定進行分析計算。

根據浸水后土體強度折減原理，建立FLAC 3D基坑邊坡支護模型，根據發生坍塌部位，結合地層分布圖可知，破壞范圍主要集中在（-10.27～-7.37m）的砂土層，因此在本層進行強度折減計算，相應地層應力變化如圖2所示。對砂土層和粉質粘土層的強度指標參數c、ψ進行不同程度折減，分析土層的破壞情況。當折減系數k= 1.992時，折減后砂土層ψ′=11.09°，粉質黏土層c= 12.04kPa，ψ′=11.9°時，-10.27～-7.37m內砂土層與粉質粘土均發生破壞，受力見圖3。進一步證明浸水后基坑邊坡支護穩定性大大減小，因此邊坡無浸水狀態是保證邊坡穩定性的關鍵施工環節。

3 結論

基坑的穩定性隨土釘間距的增大和邊坡坡度的增大而減小，隨土釘長度的增加不斷增大，土釘射入角度也需合理設計。浸水條件下安全系數大幅度降低。合理的土釘間距為1.2m，合理土釘入射角度為10°，合理邊坡坡度為71°，實際工程中應基坑邊坡無浸水狀態。

圖2 砂土層強度折減基坑支護模型受力圖

圖3 兩層土層強度折減基坑支護模型受力圖

［1］袁有藝.建筑施工安全管理存在的問題及對策研究［J］.山西建筑，2016（1）：249-251.

［2］高峰.土釘支護技術在臨近鐵路深基坑中的應用［J］.鐵道建筑，2016（4）：87-91.

［3］鐘世鳴.深基坑支護施工技術在建筑工程中的應用分析［J］.江西建材，2015（3）：79.

Influence of Flooding on Slope Support and FLAC 3D Numerical Simulation Analysis

An Hongke
（Shaanxi Railway Institute，Weinan Shaanxi 714000）

In order to reveal the influence of immersion on the stability of foundation pit slope support,this paper compared the stability of slope before and after flooding with different soil nail spacing,soil nail length,incident angle and slope slope.According to soil strength and water cut reduction principle,FLAC 3D numerical simulation was established to analyze the change of slope stability after soaking,the results showed that the stability of the slope and the clay layer was damaged,it further proved the harm of water soaking to slope support stability.This paper can provide reference for the design and construction of foundation pit slope support.

foundation pit support；stability；flooding；numerical simulation

TU43

A

1003-5168（2017）05-0092-03

2017-04-06

陜西鐵路工程職業技術學院基金項目“黃土地區預應力錨桿與土釘聯合支護深基坑穩定性研究”（KY2015-41）。

安宏科（1982-），男，碩士，講師，研究方向：土建方面的教學研究。