某加油站邊坡加固及靜力穩定性分析

白生學 葉帥華

（1 甘肅中凱建筑規劃設計有限責任公司，甘肅 蘭州 730050；2 蘭州理工大學 土木工程學院，甘肅 蘭州 730050）

1 工程概況

富源加油站改造項目場地位于甘肅省蘭州市榆中縣定遠鎮定遠村的北部、國道312線的東側，該加油站為已建工程，此次改造項目主要是對建筑物周圍的邊坡進行改造治理。原邊坡以加油站營業廳東側外墻為分界，以東為自然邊坡，高度在3.0m左右；以西為已采用毛石擋墻加固的邊坡，但是在營業廳背面側的毛石擋墻由于雨水疏導不暢已出現明顯破壞，營業廳西側外墻以西的毛石擋墻基本完好，高度均在3.0m左右。本次改造項目不僅對站內相關建筑設施進行改造治理，而且考慮到周邊邊坡的永久性安全，對邊坡也進行加固處理。邊坡總長大約81.5m，根據《建筑邊坡工程技術規范》（GB50330-2013）的規定，該邊坡的安全等級為二級。

2 Geo-Studio

Geo-Studio有限元分析軟件是由全球著名的加拿大巖土軟件開發商GEO-SLOPE公司在七十年代開發的面向巖土、采礦、交通、水利、地質、環境工程等領域開發的一套仿真分析軟件，是全球最知名的巖土工程分析軟件之一，現在已廣泛應用于各種復雜巖土工程項目的有限元分析中，對邊坡開挖及加固后的靜力與動力穩定性分析結果較為貼合實際。

3 模型建立

計算模型所選斷面為該邊坡的一典型斷面，在Geo-Studio軟件的SLOPE/W模塊中建立兩種工況下的計算模型。邊坡安全等級為二級，邊坡按單級設計，邊坡設計坡角為80°。在邊坡加固深度范圍內，土體土質均勻，主要為素填土和黃土狀粉土。邊坡土體參數根據《巖土工程勘察報告》和工程經驗選擇,具體見表1。

表1 邊坡土體參數

4 邊坡穩定性計算

穩定性計算中考慮的工況主要包括：工況一：削坡，無支護；工況2：削坡，有支護。計算過程中考慮在坡頂位置施加面荷載用來模擬加油站建筑物所產生的自重，面荷載為20kPa的均布力。

邊坡穩定安全系數Fst可以定義為假定滑動面上的抗滑力與下滑力之比。由于該邊坡的安全等級為二級，所以根據《建筑邊坡工程技術設計規范》（GB 50330-2013）規定，工況一的Fst按臨時邊坡考慮取1.20；工況2的Fst按永久邊坡的一般工況考慮取1.30。

在邊坡斷面上采用Morgenstern-Price法進行極限平衡穩定分析，求得在兩種工況下的穩定性系數。計算結果見圖1～2和表2。

從計算結果可以看到，邊坡在完成削坡后，未加固處理（工況一）時的穩定性系數Fs是2.232，大于工況一的邊坡穩定安全系數Fst（1.20），所以該邊坡加固前就處于穩定狀態；在完成加固處理后，穩定性系數Fs是7.092，遠大于工況二的邊坡穩定安全系數Fst（1.30），穩定性得到明顯的提高。

圖1 工況一穩定性計算

圖2 工況二穩定性計算

表2 穩定性系數計算值

5 邊坡變形穩定性復核

對變形穩定性進行復核的目的是為了各全面的分析邊坡支護方案的治理效果。具體由Geo-S-Tudio中的SIGMA/W模塊計算完成。在SIGMA/W模塊分別建立兩種不同工況下的邊坡模型。對模型左右邊界均約束其X方向變形，對下部邊界均約束其X、Y兩個方向的變形。框架梁、基礎樁和錨桿錨固段用結構梁模擬，錨桿自由段用結構桿模擬。土體模型采用彈塑性本構模型即摩爾庫倫準則。計算結果見圖5～6、表3～5。

表3 坡面不同工況下最大變形量

表4 建筑基底不同工況下最大變形量

表5 坡底平臺不同工況下最大變形量

圖3 工況一整體變形圖

圖4 工況二整體變形圖

從邊坡加固前后的計算結果可以看出，邊坡在經過加固以后，坡面、建筑基底和坡底平臺處的豎向的最大變形量以及建筑基底處的水平最大變形量都有不同程度的減小，但是坡面和坡底平臺處的水平最大位移卻增加了。提取錨桿錨固段和自由段軸力數據，得到錨桿錨固段軸力最大值為21.56kN，但錨桿自由段軸力卻為30kN，這說明施加的預應力沒有損失（因為錨桿中施加的預應力為30kN）。這也就導致坡面和坡底平臺處的水平變形在經過加固后沒有減小反而增大。

復核結果表明加固措施對提高邊坡的穩定性起到了較為顯著的作用。

6 結語

通過采用Geo-Studio有限元分析軟件對中石油富源加油站邊坡支護工程進行數值模擬分析，可以確定對邊坡采用框架預應力錨桿擋墻支護以后穩定性得到明顯的提高，但是對錨桿施加的預應力如果沒有發揮應有的作用，則可能引起邊坡位移的增大，因此在邊坡支護方案設計中，對所施加預應力的大小要引起足夠重視。