含地裂縫巖質邊坡采用微型鋼管樁加固效果分析

余 麗，扶名福，2，張 田，涂 斌

(1.南昌大學建筑工程學院，江西南昌 330031;2.南昌工程學院，江西 南昌 330029;3.華東交通大學 理工學院土建分院，江西南昌 330100)

在實際工程中由于建設需要，不可避免地要對巖土體進行開挖，出現了大量邊坡穩定性問題，對邊坡進行穩定性分析及評價，并采取有效的加固整治措施，是巖土工程研究的主要內容之一［1-6］。

影響邊坡穩定的因素眾多，諸如降雨、地震、新建建筑基礎的開挖等。巖質邊坡的穩定性評價方法主要有三種:傳遞系數法、數值分析法、強度折減法。

傳遞系數法［7-8］假定條塊間的力與上一土條的底面平行，然后根據力的平衡條件逐條向下推求至最后一條塊的推力為零。該方法沒有考慮力矩的平衡，計算出的結果不夠準確，但因計算簡便仍被廣泛采用。隨著計算機技術的發展，離散化的數值計算方法得到廣泛應用，諸如:有限元法、離散元法、邊界元法、拉格朗日差分法等。強度折減法可以通過有限元分析直接得到安全系數，改變了之前有限元分析時無法直接評價邊坡的穩定性，而要通過邊坡的塑性區、應力場和位移場等來間接地評價，或利用有限元計算出的應力分布使用極限平衡分析法計算得出安全系數。強度折減法不僅保持了有限元在模擬復雜問題上的優點，而且概念明確、結果直觀，在工程中得到了越來越多的應用。強度折減法計算分析軟件ABAQUS，可以采用精確的本構關系，具有一定優越性，故適用范圍很廣。

為了考查這些因素對邊坡穩定性的影響，本文以井岡山某邊坡為例，對微型鋼管樁加固后的邊坡采用ABAQUS軟件進行了穩定性計算，并就邊坡穩定的影響因素進行了分析。

1 工程概況

根據擬建建筑物的建設需要，對部分山體進行開挖。場地位于丘陵區，開挖后將形成陡立邊坡。考慮到擬建建筑物距離坡腳很近，如邊坡出現失穩，將威脅到擬建建筑物的安全，因此，本邊坡工程的安全等級劃分為一級，需要對邊坡進行加固。

本工程場地上部主要為泥盆系變質巖，巖性主要為千枚巖，局部夾泥，強度較低，巖層產狀125°∠15°，巖石風化強烈，呈碎塊狀，結構松散，多為泥質充填。上覆殘坡積粉質黏土，呈可塑狀。場區內巖性自上而下分別為第四系人工填土(Qml4)及第四系上更新統殘坡積層(Qdel3)，下伏基巖為泥盆系變質巖。地層參數如表1所示。

2 巖質邊坡加固

在開挖施工過程中，在擬建建筑物的東北側發現3條地裂縫。為確保工程施工安全，考慮到東側及東北側為自然邊坡，東側及東北側邊坡坡腳均有住宅樓存在，且東側邊坡多處坡體曾發生崩塌，基坑距離建筑物很近，且施工場地受到限制，故選用施工方法簡單并且占地較小的微型鋼管樁對該地裂縫進行了加固。

表1 地層參數

3 加固效果分析

利用 ABAQUS軟件建立計算模型［9-10］。根據施工現場情況，模型的計算參數如表2所示。

表2 計算模型參數

3.1 工程場地初始狀態與加固后計算結果

整個計算過程分兩步進行。首先施加重力獲得邊坡的初始應力場，然后對邊坡不斷進行強度折減，直至計算不收斂。工程場地初始情況下，在天然狀態時，當強度折減系數為1.30時計算不收斂。天然狀態下坡角水平位移隨折減系數的變化曲線見圖1(a)。從圖上可以看出，當折減系數等于1.26時，水平位移曲線出現轉折，因此，如果以位移出現轉折作為判據，天然狀態下邊坡的穩定系數為1.26。

為了增強邊坡的整體穩定性，在修建建筑物之前對地裂縫進行了加固處理，首先對地裂縫進行灌漿，使地基保持整體性，然后在地裂縫的周圍進行微型鋼管樁加固。加固后，當強度折減系數為1.323時計算不收斂。圖1(b)給出了加固后坡角水平位移隨折減系數變化曲線，可以看出，當折減系數等于1.308時，水平位移曲線出現轉折，因此，初始狀態下邊坡的穩定系數為1.308。

在修建建筑物之前，對地裂縫進行加固，加固后坡角水平位移減小，穩定系數增大。

圖2給出了相應的塑性區分布圖。可以看出，加固后層理間巖體形成了連續塑性區。

3.2 降雨后場地初始狀態與加固后計算結果

圖1 水平位移隨穩定系數變化曲線

圖2 塑性應變示意

在天然狀態下，當場地降雨后，巖體和巖體間層理面的強度會降低，從而引起邊坡的穩定性降低。工程場地初始情況下，在發生降雨后，強度折減系數為1.039時計算不收斂，降雨后邊坡的穩定系數為1.028。

對地裂縫加固處理，在發生降雨后，當強度折減系數為1.132時計算不收斂，降雨后邊坡的穩定系數為1.123。

在降雨工況下，對地裂縫進行加固后坡角水平位移減小，穩定系數增大。層理間巖體形成了連續塑性區，且塑性區的范圍較天然狀態下要大。

3.3 建筑物修建后計算結果

修建建筑物時，工程場地已經加固，在天然狀態下，當強度折減系數為1.119時計算不收斂。圖3給出了天然狀態下坡角水平位移隨折減系數的變化曲線，可以看出，水平位移曲線轉折點不是很明顯，因此，以計算不收斂時的折減系數1.119作為邊坡的穩定系數，此時層理間巖體形成了連續塑性區。

圖3 建筑物修建后水平位移隨折減系數變化曲線

建筑物修建之后，在發生降雨時，強度折減系數為1.03時計算不收斂。當折減系數等于1.011時，水平位移曲線出現明顯轉折，即降雨后邊坡的穩定系數為1.011。此時層理間巖體形成了連續塑性區。

3.4 地震影響分析

工程所在地區的地震設防烈度為6度，為安全起見，本次評價考慮了地震對場地穩定性的影響。參考相關邊坡設計規范，計算中水平地震加速度取0.1g。考慮地震影響后，當強度折減系數為1.108時計算不收斂。圖4給出了考慮地震影響后，場地坡角水平位移隨強度折減系數變化曲線，可以看出，修建建筑物之前邊坡的穩定系數為1.089。此時層理間巖體形成了連續塑性區。

當地震發生在建筑物修建之后時，強度折減系數為1.014時計算不收斂，邊坡的穩定系數為1.010。此時層理間巖體形成了連續塑性區。

圖4 考慮地震影響場地水平位移隨折減系數變化曲線(建筑物修建前)

4 結論

運用ABAQUS軟件進行數值模擬分析，計算結果表明工程場地在各種工況下的穩定系數都＞1，說明場地整體穩定。在天然狀態下，特別是在降雨后，場地的穩定系數較低，當采用微型鋼管樁加固處理后，場地的穩定系數增大，說明加固方案對增強場地邊坡的穩定性具有一定效果。建筑物修建后，場地邊坡的穩定性降低，但總體上仍保持穩定。考慮地震作用后，場地邊坡的穩定性降低，但總體保持穩定。

［1］柳天杰.巖質邊坡的不穩定性分析及工程應用研究［D］.西安:西安建筑科技大學，2008.

［2］崔政權，李寧.邊坡工程——理論與實踐最新發展［M］.北京:中國水利水電出版社，1999.

［3］李煒.邊坡穩定可靠性研究［D］.大連:大連理工大學，2009.

［4］簡文立.某建筑邊坡穩定性分析與評價［J］.巖土工程界，1999(3):59-61.

［5］李建林，楊學堂.三峽地下電站進水口邊坡穩定分析及加固優化［J］.巖石力學與工程學報，2001，20(5):676-679.

［6］董學晟.三峽永久船閘高邊坡開挖中的巖石力學問題［J］.長江科學院院報，2001，18(5):48-52.

［7］王建鋒，崔政權，WILSON H T.邊坡穩定性分析中的剩余推力法［J］.中國地質災害與防治學報，2001(3):73-81.

［8］李舟，姜暑芳，陳詳.鋼管樁在滑坡治理工程中的應用［J］.鐵道建筑，2012(12):96-98.

［9］G.歌德赫.有限元法在巖土力學中的應用［M］.張清，張彌，譯.北京:中國鐵道出版社，1983.

［10］哈秋舲.巖體工程與巖體力學仿真分析［J］.巖土工程學報，2001，23(6):664-668.