滑坡支護措施位移的數值模擬研究

唐英權

(東莞市正源工程質量檢測有限公司，廣東 東莞 523012)

0 前 言

隨著國家基礎建設的不斷擴大，越來越多的邊坡工程需要治理。對此學者們也進行了大量的研究，王立猛對不同降雨類型下滑坡支護工程進行了研究，研究結果表明：減弱型降雨模式最不利于滑坡的穩定性，此工況下的樁截面尺寸應當適當加大[1]。黃河對廣東某滑坡進行了研究，研究結果表明：滑坡治理前應當重點關注滑坡所在地的地貌、地質條件、變形破壞特點，針對以上特點設計的滑坡治理措施才最符合實際[2]。黃道鋒等針對滑坡支護設計理論，提出了微型樁群支護體系，此體系能夠改善抗滑樁治理滑坡的不足[3]。郭勇等利用三維有限元方法對水庫邊坡進行了數值模擬，數值模擬結果表明：計算出邊坡的安全系數是滿足工程實際的[4]。王壯等利用FLAC對不同支護結構下的滑坡工程進行了研究，研究結果表明：連續樁鍵結構內力分配最合理，滑坡整體的穩定性最高[5]。左虹俊等以某滑坡工程為例，提出了在滑坡治理工程中應用柔性支護技術，并通過數值模擬表明：柔性支護技術在膨脹土滑坡處治中效果更佳[6]。毛世雄認為滑坡治理前，地質勘察工作非常必要，只有理清滑坡類型后治理措施和監測方法才具有可行性[7]。李楠等利用大型振動臺，開展了物理試驗模型，試驗結果表明：微型樁群支護結構對地震波有一定的阻滯作用[8]。劉少波等利用MIDAS數值模擬對滑坡支護結構進行了研究，研究結果表明：聯合支護結構能夠顯著提高滑坡的安全性[9]。宋濤研究了抗滑樁+錨索格構梁+地表注漿組合加固方法，研究結果表明：以上聯合加固措施較單一的支護方式明顯提高了滑坡支護的安全系數[10]。

然而以上的研究均從邊坡的安全性角度進行了分析，沒有從支護措施的位移角度進行分析，針對此方面，文章結合一實際滑坡工程，從位移角度分析支護措施工作的有效性。

1 工程概況

該邊坡位于廣東省內，邊坡從上自下主要由風化土、風化巖和軟巖組成，邊坡的物理力學性質如表1所示。

表1 巖土體物理力學參數

經地質勘察可知邊坡的潛在滑動面如圖1所示，利用瑞點條分法對剩余下滑力進行計算，計算結果如表2所示。

表2 自然工況下的剩余下滑力

圖1 邊坡平面圖

根據地質勘察的潛在滑動面，結合表1的相關數據，將潛在滑動面劃分成11個條塊，計算得到的滑坡推力為2878.7 kN·m-1。

結合此數值，計算的抗滑樁寬長度×寬度×高度為2m×3m×30m，在坡體進行土釘的布置，在坡面進行C20噴混凝土。

2 數值模擬

2.1 模型的建立

因MIDAS能夠較好的還原邊坡現狀，選擇MIDAS進行邊坡的數值研究，文章主要研究的是支護作用下的邊坡穩定性，因此暫不考慮土拱效應的影響[11-14]。

支護措施如圖2所示，噴混凝土采用的是2D板單元，混凝土為C20材料，厚度為0.5m，截面積為0.25m2，扭轉常量IX為8.7×10-3m4，扭轉應力系數3.4×10-1m，截面慣性矩(IY和IZ)為5.2×10-3m4，有效剪切面積(AY和AZ)為2.1×10-1m2，剪切應力系數(GY和GZ)為6m-2。

抗滑樁采用梁單元進行模擬，滿足彈性假定，抗滑樁采用1.5m直徑的圓樁體，截面積為1.77m2，扭轉常量IX為4.9×10-1m4，扭轉應力系數7.5×10-1m，截面慣性矩(IY和IZ)為2.4×10-1m4，有效剪切面積(AY和AZ)為1.6m2，剪切應力系數(GY和GZ)為7.5×10-1m-2。

土釘采用的是植入式梁單元，材料為鋼，滿足彈性假定，土釘長度為9m，截面積為4.9×10-4m2，扭轉常量IX為3.8×10-8m4，扭轉應力系數1.3×10-2m，截面慣性矩(IY和IZ)為1.9×10-8m4，有效剪切面積(AY和AZ)為4.4×10-4m2，剪切應力系數(GY和GZ)為2.7×10-3m-2。

圖2 邊坡支護結構圖

2.2 水平和豎向位移

數值模擬計算至滑坡穩定時結束，坡面(噴混凝土)的位移如圖3所示。

(a)坡面水平位移(單位：mm)

(b)坡面豎向位移(單位：mm)

由圖3(a)可知，自坡頂到坡腳水平位移逐漸增大，坡頂處水平位移最大約為2.4mm，坡底處水平位移最大約為4.3mm，超過3mm的位移約占坡面水平位移的21%，最大位移均不超過10mm，因為可認為坡面的水平位移控制在工程允許的范圍內，水平位移不會對滑坡造成安全隱患。

由圖3(b)可知，自坡頂到坡腳豎向位移逐漸增大，坡頂處豎向位移最大約為-1.2mm(方向豎直向上)，原因是坡體發生位移后，上方坡面發生隆起；坡底處水平位移最大約為3.2mm，超過3mm的位移約占坡面豎向位移的16%，最大位移均不超過10mm，因為可認為坡面的豎向位移控制在工程允許的范圍內，豎向位移不會對滑坡造成安全隱患。

由圖3可知，坡面的水平位移>豎向位移，但是兩者位移均控制在工程允許的范圍內，不會對滑坡造成安全隱患。同時由以上位移可知，后期若須進行位移監測，那么水平位移是監測的重點[11-12]。

抗滑樁的水平位移自上而下數值依次減小，原因是抗滑樁受到滑坡推力作用下，上部最易發生水平位移，由于樁體埋入巖土體深度越深，其位移更易被限制，最終導致抗滑樁位移逐漸減小，抗滑樁1號-5號水平位移比較接近，差值不大，最大水平位移約為6mm，此位移達不到10mm，說明抗滑樁的水平位移控制在合理的范圍內，不會對支護工程造成安全隱患。

抗滑樁的豎向位移自上而下數值依次增大，原因是抗滑樁受到滑坡推力作用下，下部最易發生累計的豎向位移，因為樁體埋入巖土體深度越深，其位移更易被累加，最終導致抗滑樁豎向位移逐漸增大，抗滑樁1號-5號豎向位移比較接近，差值不大，最大水平位移約為5mm，此位移達不到10mm，說明抗滑樁的豎向位移控制在合理的范圍內，不會對支護工程造成安全隱患。

抗滑樁的水平位移呈現自上而下逐漸減小的趨勢，豎向位移呈現逐漸增大的趨勢，但是水位位移和豎向位移數值均≤過10mm，說明了抗滑樁的位移均控制在了工程允許的范圍內，不會對支護工程造成安全隱患。

4 結 論

文章結合一實際滑坡工程，采用抗滑樁+土釘+噴混凝土的組合支護方式，并通過數值模擬對坡面和抗滑樁的位移進行了研究，研究結果如下：

1)坡面的水平位移和豎向位移最大值分別為4.3mm和3.2mm，以上的數值均≤10mm，說明坡面的位移控制在合理的范圍內，從以上數值可認為后期監測重點在于坡面的水平位移。

2)抗滑樁的水平位移和豎向位移數值相近，水平位移從上自下逐漸減小，豎向位移逐漸增大，但數值均≤10mm，說明抗滑樁的位移控制在工程允許的范圍內。

3)文章主要從位移角度對支護措施進行了分析，缺少受力的分析，此方面的分析有待進一步深入。