格構梁錨桿聯合加固邊坡數值模擬分析

汪 洋 陳 濤 鄭麗婷

（1、廣東工業大學，廣東 廣州510006 2、廣州工程總承包集團有限公司，廣東 廣州510200 3、廣東省建筑設計研究院南沙分院，廣東 廣州511458）

隨著我國經濟與科技的高速發展，邊坡治理工程也隨之增多[1]，為此，研究邊坡支護措施有非常重要的現實意義。格構梁錨桿聯合支護結構作為一種新興的柔性復合邊坡加固措施，在邊坡工程中的應用十分廣泛[2]，但是，目前相關的理論研究滯后于廣泛應用。

1 格構梁錨桿聯合加固邊坡機理

對于格構梁錨桿復合支護結構，就就格構本身來講僅僅是一種傳力結構，而加固的抗滑力主要由格構梁節點處的錨桿提供。將格構梁、錨桿與坡面土作為一整體考慮，下滑力將與錨桿的拉力平衡[3]。以單滑面為例，滑坡體下滑力P 的一個力的分量Pn與垂直于梁錨桿的分量Tni平衡。

下滑體產生的下滑力與錨桿的抗滑力平衡：

圖1 格梁錨桿復合結構受力示意圖

綜合以上式（1）～（3）可以確定錨桿的錨固角度，通過錨桿拉力Ti，可確定錨固長度。

2 模型建立

2.1 本構模型的選取

本文選用莫爾庫侖強度準則[4]，表達式為：

式中：

I1- 第一應力不變量；

J2- 第二偏應力不變量；

θ- 應力洛德角；

c- 土體黏聚力；

φ- 土體內摩擦角；

邊坡穩定性分析采用強度折減法，其基本原理是將土體強度指標c、φ 值同時除以一個折減系數FS（安全系數），得到一組新的c′、φ′值，作為新的材料參數帶入有限元進行試算，當邊坡土體符合給定的臨界破壞判定條件時，對應的FS被稱為邊坡的最小安全系數[5]。

2.2 模型本構參數

格構梁橫截面尺寸為300mm×300mm，彈性模量為3.41×107kPa，密度為2.634t/m3，縱梁和橫梁間距均為2m。錨桿設在格構梁節點處，彈性模量1.95×108kPa,直徑28mm，設計抗拔力均為90kN。邊坡土層參數詳見下表1。

2.3 數值模型

本文采用二維模型。該邊坡分六次開挖，格梁錨桿支護分五段進行。

先挖除區域1，再挖除區域2，然后支護第一段格構梁和錨桿；開挖區域3，然后支護第二段格構梁錨桿；重復以上工序，直至完成第五段格構梁錨桿支護。（圖2-3）

圖2 邊坡開挖區域

表1 土層參數

3 數值模擬結果

本文分別對有無格構梁錨桿聯合支護兩種工況進行數值模擬，模擬結果如圖4-9。

4 結論

本文利用大型有限元軟件Abaqus 采用強度折減法分別對有無格構梁錨桿聯合支護兩種工況下邊坡穩定性進行模擬，通過對比分析總結得出如下結論：

（1）在格構粱錨桿聯合支護下，邊坡內部的應力得到改善，塑性應變顯著減小，滑坡體位移得到約束，邊坡表面最大位移減小約5.2%。

（2）此次數值模擬分析無格梁錨桿聯合支護土質邊坡的安全系數為1.122，采用格構梁錨桿聯合支護土質邊坡安全系數為1.510，安全系數提高約34.6%，加固效果顯著。

圖3 格構梁錨桿復合結構

圖4 無支護邊坡位移

圖5 有支護邊坡位移

圖6 無支護邊坡塑性應變區

圖7 有支護邊坡塑性應變區

圖8 無支護邊坡應力

9 有支護邊坡應力