基于極限平衡法的某邊坡穩定性分析與抗滑樁支護

馮 煒，張菊鋒

(核工業湖州勘測規劃設計研究院股份有限公司, 浙江湖州 313000)

抗滑樁具有抗滑能力強、布置靈活、施工技術簡單等特點，因此，被廣泛應用于邊坡支護中。

目前關于邊坡地穩定性分析和抗滑樁支護效果研究主要有兩種方法，其一采用極限平衡法計算邊坡地穩定性，并對抗滑效果進行研究，該方法對安全系數的定義較為簡單，應用較為廣泛，如韋秀東、李家平、張友良、劉波等采用極限平衡法對抗滑樁地支護效果進行了研究，并說明了不同的抗滑樁樁位、樁長、樁間距對支護效果影響很大。其二是有限元數值模擬法，該方法可以直觀地反映邊坡的位移和應力狀態，能夠真實地反映邊坡的破壞，單恒年、陶熹等專家學者都采用該方法對抗滑樁的支護效果進行了研究。

總結前人研究可知，目前極限平衡法應用較為廣泛，且認可度較高，本文通過對某公路高邊坡采用極限平衡法進行穩定性分析，并研究抗滑樁對該邊坡支護效果的影響，以期為抗滑樁工程設計提供參考。

1 工程概況

獅子山滑坡地質災害點位于湖州市德清縣武康街道獅子山西北側山坡。研究區整體屬于構造剝蝕低丘陵，整體地勢西北低東南高，坡腳處為丘陵區向坡洪積平原過渡地帶，坡洪積平原高程為+4～+5m之間，整體地勢較為平緩，無明顯起伏變化，平原區為居民聚集區。

根據鉆孔資料顯示，勘查區域內主要地層包括白堊系下統黃尖組(K1h)青灰色、肉紅色晶屑凝灰巖、第四系上更新統坡洪積層(dl-plQ3)含碎礫石粉質黏土、第四系殘坡積(el-dlQ)含碎石粉質黏土和第四系全新統人工填土(mlQ4)礦渣。滑坡沿著全風化凝灰巖夾層滑動。

根據獅子山主滑坡面的工程地質剖面圖建立計算模型。首先利用CAD繪制獅子山主滑坡面的邊坡剖面，然后劃分土層面域，保存為dxf導入相應的軟件中，模型圖如圖1所示。各地層的計算參數如表1所示。

2 計算結果分析

圖1 獅子山滑坡剖面(單位:m)

表1 巖土體計算參數

2.1 穩定性分析

選用Bishop法、Janbu法、Spencer法以及M-P法等幾種方法對天然、暴雨工況下的邊坡穩定性進行計算。

2.1.1 天然工況

對獅子山滑坡在天然工況下的安全系數(FOS)進行計算，計算結果見圖2～圖5。

圖2 Bishop計算結果(FOS=1.389)

圖3 Janbu計算結果(FOS=1.389)

圖4 Spencer計算結果(FOS=1.411)

圖5 M-P計算結果(FOS=1.398)

由圖2～圖5可知，在天然工況下，四種方法計算的安全系數分別為1.389、1.328、1.411、1.398，幾種方法計算的安全系數較接近，由建筑邊坡規范可知，邊坡處于穩定狀態。

2.1.2 暴雨工況

對獅子山滑坡在天然工況下的穩定性進行計算，計算結果見圖6～圖9。

圖6 Bishop計算結果(FOS=1.389)

圖7 Janbu計算結果(FOS=1.389)

圖8 Spencer計算結果(FOS=1.411)

圖9 M-P計算結果(FOS=1.398)

由圖6～圖9可知，采用Bishop法、Janbu法、Spencer法以及M-P法四種方法的邊坡穩定性系數分別為1.068，1.021，1.085和1.075，幾種方法下邊坡穩定性系數數值接近這個結果與在天然工況下的各種方法所取得邊坡穩定性系數相似。

2.2 抗滑樁支護分析

根據現場勘察和上文計算結果可知，該滑坡在暴雨工況下將會發生滑動，因此，需采取相應的支護措施，本文選用抗滑樁對滑坡進行支護。初步將樁長取值為18m進行邊坡穩定性分析，樁的橫截面積為1m×1m，樁間距為5m，抗滑樁材料為C30鋼筋混凝土。

2.2.1 樁位的影響

分別選取3個樁的埋設位置，通過計算分析確定最佳樁位(圖10～圖12)。

圖10 ①號樁位計算結果

圖11 ②號樁位計算結果

圖12 ③號樁位計算結果

由圖10～圖12可知，隨著樁位向滑坡中部移動，獅子山滑坡的安全系數逐漸增大。即③號樁位是最優樁位，在此處設樁有利于滑坡的支護。

2.2.2 樁長的影響

將樁位固定在③號，選取七組不同樁長的抗滑樁:18m、20m、22m、24m、26m、28m、30m抗滑樁的其他樁參數保持不變，研究樁長對抗滑效果的影響。不同樁長下滑坡的安全系數計算結果見圖13。

圖13 不同樁長下滑坡的安全系數

由圖13可知，在一定樁長范圍內，隨著抗滑樁長度的增加，滑坡的安全系數越大，當樁長達到26m時，隨著樁長的增加，獅子山滑坡的安全系數幾乎不發生改變，抗滑樁的增長收益不明顯。

2.2.3 樁間距的影響

將樁位固定在③號，樁長設置為26m，計算不同樁間距(3m、4m、5m、6m、7m、8m)下滑坡的安全系數，抗滑樁的其他樁參數保持不變，研究樁長對抗滑效果的影響。不同樁間距下滑坡的安全系數計算結果見圖14。

圖14 不同樁間距下滑坡安全系數

3 結論

本文主要探討了獅子山滑坡在天然、暴雨工況下滑坡的穩定性，并分析了不同的樁位、樁長和樁間距下抗滑樁的支護效果。主要結論如下：

(1)獅子山滑坡在天然工況下處于穩定狀態，暴雨工況下處于欠穩定狀態。

(2)③號樁位時計算的安全系數最大，該處是獅子山滑坡抗滑樁埋設的最優樁位。

(3)在一定樁長范圍內，隨著抗滑樁長度的增加，滑坡的安全系數越大，獅子山滑坡的最優樁長位26m。

(4)一定樁間距范圍內，隨著抗滑樁轉間距的增加，滑坡的安全系數越小，當間距較小時，安全系數減小較慢，間距較大時，安全系數減小較快。獅子山滑坡的最優樁間距位6m。