深坑主題樂園大擺錘崖壁邊坡穩定性分析

褚騰峰

上海同納建設工程質量檢測有限公司 上海 200232

1 工程概況

主題樂園中大擺錘占地面積為11.0m×11.0m，高度為22.2m，其設備基礎荷載如圖1所示。從圖1中可知，大擺錘運行的最大豎向荷載約為2×280=560kN，最大彎矩為2×（62+42）=208kN/m。大擺錘由四根柱子進行支撐，每根柱子底下布置6根灌注樁，灌注樁的長度平均為11.7m，樁徑為800mm。大擺錘距離崖壁邊的最近距離約為12.0m[1]。

圖1 大擺錘結構示意圖

2 穩定性核算

根據本項目的實際情況，本項目擬對大擺錘區域崖壁邊坡整體穩定性、F3斷裂帶結構穩定性兩個方面進行分析。本項目邊坡安全性等級為一級，根據《建筑邊坡工程技術規范》GB50030-2013第5.3.2，穩定系數控制標準為1.35。

2.1 靠近大擺錘的崖壁邊坡整體穩定性分析：有限元法

大擺錘運行的最大荷載約為560kN，最大彎矩為208kN/m。本項目采用巖土工程大型通用有限元軟件Plaxis2D對邊坡穩定性進行分析，分析方法采用軟件內嵌強度折減法。

這種方法在國外20世紀80年代就開始采用，隨著計算機技術的發展，特別是巖土材料的非線性彈塑性計算技術的發展，出現了許多適合于巖土材料的大型通用數值軟件，如Plaxis、Flac等均嵌入了強度折減法的思想，并且其前、后處理的功能非常強大，使得強度折減穩定分析方法越來越為人們所應用。該方法不但滿足力的平衡條件，而且考慮了材料的應力應變關系、筋材與土體的變形協調，所以更能反映巖土體的實際工作狀態，使得計算結果更加精確合理[2]。

大多數邊坡的滑坡都屬于漸近破壞，滑坡的主要原因是由于土坡在風化、吸水飽和、應變軟化等因素下土體的抗剪強度會逐漸降低。因此通過抗剪強度的折減，可以使土坡達到破壞的臨界狀態，這時的折減系數定義為邊坡穩定的安全系數。對巖土體的抗剪強度進行折減的程度，即巖土體的實際抗剪強度與臨界破壞時折減后的抗剪強度的比值，具有強度儲備系數的物理意義。為了和傳統方法形式上取得一致，以及在折減計算過程中保持流動法則的協調，把折減強度參數按如下形式進行折減：

式中：c、φ為土體能夠提供的抗剪強度；為維持平衡所需的抗剪強度，即實際抗剪強度；sF為安全系數。

強度折減法中安全系數可以通過2-1式直接得出，不需要假定滑裂面的形式或位置，還可以考慮邊坡的漸進破壞過程，并得到臨界滑動面的位置。

大擺錘處邊坡有限元網格如圖2所示。土層分層根據勘察報告中F-F’工程地質剖面圖確定。

圖2 有限元網格圖

圖3 考慮動荷效應下邊坡穩定性分析結果

大擺錘作用荷載根據設計文件確定，考慮動荷效應后的單柱荷載為560kN，如圖3所示。計算得到的邊坡穩定安全系數為1.49。邊坡整體性穩定滿足設計要求[3]。

2.2 F3斷裂帶結構面的穩定性分析：極限平衡法

由于大擺錘距離F3斷裂帶較近，最近處約為45m左右，為此需對增加大擺錘后的F3斷裂結構面穩定性進行分析。采用方法為極限平衡法，即要求抵抗力與下滑力的比值達到安全系數以上。采用理正巖土專業軟件對F3斷裂帶結構面的穩定性分析，計算得出安全系數為1.392。

3 結束語

根據以上穩定性分析，可知：增加大擺錘后，其周邊的崖壁邊坡仍整體處于穩定狀態。距離大擺錘較近的F3斷層結構面處于穩定狀態。故在運營過程中，大擺錘區域區域均不會出現崖壁邊坡失穩問題。由于本場地巖石節理發育，在雨水和風蝕作用下，懸崖坡體發生小石塊掉落等現象難以避免，深坑的水上項目應采取布置警戒帶等措施進行防避。由于理論分析的局限性，建議在大擺錘區域布置若干個監測設備，以隨時監測土體的沉降與位移，防止位移由量變到質變，及時對場地穩定性進行預警。