多級超高邊坡開挖過程變形監(jiān)測與工況模擬研究

曹蕾

摘要：本文以某多級高邊坡工程為案例，通過檢測開挖過程變形以及以第一監(jiān)測面重點分析x軸和z軸的變形趨勢，模擬分析了邊坡模型在支護與非支護狀態(tài)下開挖的數(shù)值。

關(guān)鍵詞：多級邊坡；變形監(jiān)測；數(shù)值模擬

1工程概況

x高邊坡工程（K0+100-K5+100）位于山腳位置，該位置在土方挖取工程量方面需求很大，挖方坡率分段設(shè)計為K0+400-K1+498，其中左側(cè)高度較高，邊坡高度最大為72m。左側(cè)挖方邊坡坡率第一級為1：0.5，二至五級邊坡為1：0.75，六至九級為1：1，高度均為8m，均有寬度為2m的平臺，三級平臺寬度為6m，六級則增加至10m，各個平臺均設(shè)排水溝，若超過九級，則進行削平處理。

2開挖過程變形監(jiān)測

2.1開挖過程變形監(jiān)測數(shù)據(jù)采集

在完成各級邊坡施工作業(yè)后，需要對其進行檢測工作，九級邊坡最先完工，由此可知，觀測數(shù)據(jù)工作初始開挖點為九級邊坡，開挖后每開挖一級邊坡需要進行一次測量，同時要確保此前的邊坡測量工作，一直要等開挖過程未造成大擾動后可停止作業(yè)。每級邊坡一共有5個監(jiān)測點，分成九級布置，監(jiān)測點共計45個，以橫截面計算共計有五個監(jiān)測面，其對應(yīng)的歷程面分別為：K0+400、K0+500、K0+600、K0+700、K0+800，各個監(jiān)測面每級坡有一個測點，合計九個測點，在此重點分析K0+400里程面以及K0+800里程面的x軸與z軸的變形數(shù)據(jù)。

2.2數(shù)據(jù)分析

（1）x軸方向變形分析

以x軸正方向表示水平指向坡外的變形，通過收集水平變形情況，得出各個檢測點的變形如圖1所示。

基于圖1可以了解，在邊坡開挖的作業(yè)過程中，各級測點水平變形表現(xiàn)出一個遞增的變化，變形的方向均朝坡外變形，這也說明在施工過程中產(chǎn)生的失穩(wěn)現(xiàn)象主要是坡外變滑移、裂縫現(xiàn)象。這是由于各級的邊坡監(jiān)測工作在開始階段的時間有差異，最早的為9-1CD，最遲的為1-1CD，因此在圖1中出現(xiàn)了相應(yīng)的時間差。測點變形在開始時，變形均表現(xiàn)為快速驟升，此后隨著開挖的繼續(xù)，會逐步進入一個緩慢變化的過程，最終則達到一個穩(wěn)定的階段，越進行變化越來越少。由此可以證明，各級邊坡在開挖過程中，最大變形時間段是在開始進行開挖后，此后隨著開挖點距離更遠，相對應(yīng)的變形也會隨之變少。同時，挖的深度越深，產(chǎn)生的變形也將加快。

（2）z軸方向變形分析

在檢測過程中，以z軸正方向表示豎直向下的變形，通過分析可以了解：各級測點的變形與x軸相似，測點變形在開始時，變形均表現(xiàn)為快速驟升，此后隨著開挖的繼續(xù)，會逐步進入一個緩慢變化的過程，最終則達到一個穩(wěn)定的階段，越進行變化越來越少。從本質(zhì)上來講，開挖其實就是一個對應(yīng)力釋放的過程，使得邊坡達到一個穩(wěn)定期，前期由于對邊坡應(yīng)力釋放的量較少，因此開挖對本級變形會產(chǎn)生較大的影響力，而對其他級則會產(chǎn)生較低的影響力。當開挖處于緩慢增長時，這說明開挖級數(shù)與數(shù)值位移的關(guān)系處于正比，也就是級數(shù)越低，變化也少。一、二級測點變形均為豎直向上，表明開挖后邊坡均出現(xiàn)了隆起的現(xiàn)象，突出的最大高度有7.6mm。三級測點在開始階段出現(xiàn)了沉降，但隨著施工的推進，其變形也在逐步消失，最后只有輕微的隆起現(xiàn)象。

3開挖過程工況模擬

3.1不同開挖時步對邊坡剪切應(yīng)變的影響

與未支護情況相同，在完成第九至六級邊坡后，剪切應(yīng)區(qū)域發(fā)生降低的現(xiàn)象，然而在支護后其分布面積全部低于未支護的情況，這證明支護能夠有效穩(wěn)定邊坡，并且在施工過程中，剪切應(yīng)變最大峰值均分布于邊坡坡腳位置，能夠證明邊坡最易失穩(wěn)的區(qū)域為坡腳位置附近。

3.2不同開挖時步對邊坡水平位移的影響

邊坡支護開挖施工中，各個測點的水平位移增量值變化情況在支護以及未支護的條件下大致相同，均表現(xiàn)為沿坡面中部測點位移最大，坡頂位置位移最小。高級數(shù)坡比低級數(shù)坡在施工過程中更容易趨向穩(wěn)定，低級坡開挖后期的水平變形相比較大。支護邊坡在挖到中部時，水平變形較為平緩。表明開挖過程應(yīng)力重新分布產(chǎn)生的擠壓作用于錨桿上，能夠有效控制變形的趨勢。

3.3不同開挖時步對邊坡豎直位移的影響

邊坡支護開挖模擬過程中，邊坡及時支護工況開挖過程中各級測點的豎直位移增量變化與未支護的情況具有一定的差異，坡度級與變化呈現(xiàn)正比，即級數(shù)越高變化越大。支護坡在坡頂開挖后豎直方面更容易趨向穩(wěn)定，在整個開挖施工中，均有一定的變形情況發(fā)生，然而坡級越低，開挖后期豎直變形時間更為短暫，是以變形量較低方式趨于穩(wěn)定。第一、二級坡產(chǎn)生的最大回單隆起為19.64mm，相比于未支護的22.1mm，數(shù)值更低。支護的邊坡豎直變形相比與未支護的能夠更為平緩，第四至第六邊坡穩(wěn)定時間也更短，因此可以得出結(jié)論：支護措施能夠?qū)ωQ向變形產(chǎn)生一定的控制效果。endprint