多級超高邊坡開挖過程變形監(jiān)測與工況模擬研究

曹蕾

摘要：本文以某多級高邊坡工程為案例，通過檢測開挖過程變形以及以第一監(jiān)測面重點(diǎn)分析x軸和z軸的變形趨勢，模擬分析了邊坡模型在支護(hù)與非支護(hù)狀態(tài)下開挖的數(shù)值。

關(guān)鍵詞：多級邊坡；變形監(jiān)測；數(shù)值模擬

1工程概況

x高邊坡工程（K0+100-K5+100）位于山腳位置，該位置在土方挖取工程量方面需求很大，挖方坡率分段設(shè)計為K0+400-K1+498，其中左側(cè)高度較高，邊坡高度最大為72m。左側(cè)挖方邊坡坡率第一級為1：0.5，二至五級邊坡為1：0.75，六至九級為1：1，高度均為8m，均有寬度為2m的平臺，三級平臺寬度為6m，六級則增加至10m，各個平臺均設(shè)排水溝，若超過九級，則進(jìn)行削平處理。

2開挖過程變形監(jiān)測

2.1開挖過程變形監(jiān)測數(shù)據(jù)采集

在完成各級邊坡施工作業(yè)后，需要對其進(jìn)行檢測工作，九級邊坡最先完工，由此可知，觀測數(shù)據(jù)工作初始開挖點(diǎn)為九級邊坡，開挖后每開挖一級邊坡需要進(jìn)行一次測量，同時要確保此前的邊坡測量工作，一直要等開挖過程未造成大擾動后可停止作業(yè)。每級邊坡一共有5個監(jiān)測點(diǎn)，分成九級布置，監(jiān)測點(diǎn)共計45個，以橫截面計算共計有五個監(jiān)測面，其對應(yīng)的歷程面分別為：K0+400、K0+500、K0+600、K0+700、K0+800，各個監(jiān)測面每級坡有一個測點(diǎn)，合計九個測點(diǎn)，在此重點(diǎn)分析K0+400里程面以及K0+800里程面的x軸與z軸的變形數(shù)據(jù)。

2.2數(shù)據(jù)分析

（1）x軸方向變形分析

以x軸正方向表示水平指向坡外的變形，通過收集水平變形情況，得出各個檢測點(diǎn)的變形如圖1所示。

基于圖1可以了解，在邊坡開挖的作業(yè)過程中，各級測點(diǎn)水平變形表現(xiàn)出一個遞增的變化，變形的方向均朝坡外變形，這也說明在施工過程中產(chǎn)生的失穩(wěn)現(xiàn)象主要是坡外變滑移、裂縫現(xiàn)象。這是由于各級的邊坡監(jiān)測工作在開始階段的時間有差異，最早的為9-1CD，最遲的為1-1CD，因此在圖1中出現(xiàn)了相應(yīng)的時間差。測點(diǎn)變形在開始時，變形均表現(xiàn)為快速驟升，此后隨著開挖的繼續(xù)，會逐步進(jìn)入一個緩慢變化的過程，最終則達(dá)到一個穩(wěn)定的階段，越進(jìn)行變化越來越少。由此可以證明，各級邊坡在開挖過程中，最大變形時間段是在開始進(jìn)行開挖后，此后隨著開挖點(diǎn)距離更遠(yuǎn)，相對應(yīng)的變形也會隨之變少。同時，挖的深度越深，產(chǎn)生的變形也將加快。

（2）z軸方向變形分析

在檢測過程中，以z軸正方向表示豎直向下的變形，通過分析可以了解：各級測點(diǎn)的變形與x軸相似，測點(diǎn)變形在開始時，變形均表現(xiàn)為快速驟升，此后隨著開挖的繼續(xù)，會逐步進(jìn)入一個緩慢變化的過程，最終則達(dá)到一個穩(wěn)定的階段，越進(jìn)行變化越來越少。從本質(zhì)上來講，開挖其實(shí)就是一個對應(yīng)力釋放的過程，使得邊坡達(dá)到一個穩(wěn)定期，前期由于對邊坡應(yīng)力釋放的量較少，因此開挖對本級變形會產(chǎn)生較大的影響力，而對其他級則會產(chǎn)生較低的影響力。當(dāng)開挖處于緩慢增長時，這說明開挖級數(shù)與數(shù)值位移的關(guān)系處于正比，也就是級數(shù)越低，變化也少。一、二級測點(diǎn)變形均為豎直向上，表明開挖后邊坡均出現(xiàn)了隆起的現(xiàn)象，突出的最大高度有7.6mm。三級測點(diǎn)在開始階段出現(xiàn)了沉降，但隨著施工的推進(jìn)，其變形也在逐步消失，最后只有輕微的隆起現(xiàn)象。

3開挖過程工況模擬

3.1不同開挖時步對邊坡剪切應(yīng)變的影響

與未支護(hù)情況相同，在完成第九至六級邊坡后，剪切應(yīng)區(qū)域發(fā)生降低的現(xiàn)象，然而在支護(hù)后其分布面積全部低于未支護(hù)的情況，這證明支護(hù)能夠有效穩(wěn)定邊坡，并且在施工過程中，剪切應(yīng)變最大峰值均分布于邊坡坡腳位置，能夠證明邊坡最易失穩(wěn)的區(qū)域?yàn)槠履_位置附近。

3.2不同開挖時步對邊坡水平位移的影響

邊坡支護(hù)開挖施工中，各個測點(diǎn)的水平位移增量值變化情況在支護(hù)以及未支護(hù)的條件下大致相同，均表現(xiàn)為沿坡面中部測點(diǎn)位移最大，坡頂位置位移最小。高級數(shù)坡比低級數(shù)坡在施工過程中更容易趨向穩(wěn)定，低級坡開挖后期的水平變形相比較大。支護(hù)邊坡在挖到中部時，水平變形較為平緩。表明開挖過程應(yīng)力重新分布產(chǎn)生的擠壓作用于錨桿上，能夠有效控制變形的趨勢。

3.3不同開挖時步對邊坡豎直位移的影響

邊坡支護(hù)開挖模擬過程中，邊坡及時支護(hù)工況開挖過程中各級測點(diǎn)的豎直位移增量變化與未支護(hù)的情況具有一定的差異，坡度級與變化呈現(xiàn)正比，即級數(shù)越高變化越大。支護(hù)坡在坡頂開挖后豎直方面更容易趨向穩(wěn)定，在整個開挖施工中，均有一定的變形情況發(fā)生，然而坡級越低，開挖后期豎直變形時間更為短暫，是以變形量較低方式趨于穩(wěn)定。第一、二級坡產(chǎn)生的最大回單隆起為19.64mm，相比于未支護(hù)的22.1mm，數(shù)值更低。支護(hù)的邊坡豎直變形相比與未支護(hù)的能夠更為平緩，第四至第六邊坡穩(wěn)定時間也更短，因此可以得出結(jié)論：支護(hù)措施能夠?qū)ωQ向變形產(chǎn)生一定的控制效果。endprint