某小區建筑地基變形機理分析

摘 要 丘陵地帶及山區因地形限制，隨著城市的逐步開發，很多建（構）筑受場地限制在設計及施工時會形成很多高陡邊坡，在建筑自重荷載的長期作用下及邊坡土體自重作用影響下，建（構）物地基會因荷載長期作用變形，引發土體滑動，產生整體失穩的問題。依托某小區建筑地基及高陡邊坡變形監測，從地質情況、建筑荷載、臨近邊坡變形數據采用數值模擬進行機理分析，望能為今后的類似項目的設計及施工提供借鑒。

關鍵詞 建筑變形;高陡邊坡;數值模擬;機理分析

1前言

中國西南地區多丘陵、山地，隨著城市的開發，土地資源日益緊張。目前很多建筑為了不對自然生態造成較大影響，節約建造成本，進行了因地制宜的設計，很多建（構）筑受場地限制在設計及施工時會形成很多高陡邊坡，在建筑自重荷載的長期作用下及邊坡土體自重作用影響下，建（構）物地基會因荷載長期作用變形，引發土體滑動，產生整體失穩的問題。

部分建筑由于臨近高陡邊坡，造成了整體性的傾斜變形，影響建筑安全性，除了針對性的進行監測外，還應對高陡邊坡附近的建筑地基變形機理結合實際進行分析研究，從根本上了解引起變形的原因，采取針對性的措施，確保建筑安全。

2工程概況

圖1 18#樓代表性測點與坡頂裂縫

昌都市2015年度市直公共租賃住房項目位于昌都市扎曲花園北西側，分兩期建設。根據設計資料，其中一期規劃用地面積33108.12m2，建筑面積22364m2，共有建筑12棟;二期規劃用地面積48411.41m2，建筑面積20997.20m2，共有建筑10棟，均為6層的多層建筑，結構高度均為18.00m，剪力墻結構，采用筏板基礎。

根據建筑設計及現場情況，場地形成很多高陡邊坡，本次分析研究18#樓變形機理。

18#樓位于小區邊緣位置，6層（無地下室）剪力墻結構，筏板基礎，高度H=18.3m ，于2017年封頂，2019年底主樓附近擋墻頂部土體出現地表裂縫，且結構發生傾斜。建筑及邊坡變形監測測點級坡頂裂縫如圖1所示，其中F代表房屋測點，PD為坡頂測點，DQ為擋墻測點，PJ為坡腳測點，QD為墻底測點。

3機理分析

3.1 工程地質情況

根據場地地質勘察報告，地層主要由第四系全新統人工填土層（Q4ml）、第四系全新統崩坡積層（Q4col+dl）以及侏羅系察雅群、肯做尕組并層砂巖泥巖（J）組成，分別為素填土、雜填土、粉砂、粉質黏土、含碎石粉質黏土及碎石組成。

地下水：場地地下水主要為賦存于碎石層中的孔隙潛水。場地地勢較高，地下水埋藏較深，勘探深度范圍內未見地下水。此外，在雨季，上部粉質黏土、含碎石粉質黏土層中會存在少量上層滯水。

以18#樓4個地質剖面為主要的坡面建模參數，結構對應的地層分布主要為②粉砂層、⑤-1松散碎石層、⑤-2稍密碎石層和⑤-3中密碎石層，其分布由上到下依次為②、⑤-1、⑤-2、⑤-3、⑤-1、⑤-2，中間有部分夾層和地層變化。地層力學參數以地勘報告所給出指標為準。

3.2 分析計算相關參數

通過房屋外邊線、坡頂、坡腳、擋墻頂部及底部的空間坐標，可以得出房屋結構、坡面和擋墻的剖面形式。

（1）結構及地層力學性質參數

地層力學性質及相關參數由地勘報告得知，18#樓對應鉆孔的地層參數主要集中在39-44剖面位置，其土層主要為②層、⑤-1、⑤-2、⑤-3層，其力學參數為：

3.3 變形機理分析過程

通過地層空間和力學參數、結構荷載的確定，整體坡面計算模型即可采用MIDAS GTS軟件構建完成，其整體結構如圖2所示。

圖2 18#樓結構及對應區域邊坡計算模型

由表3結構荷載值和對應的表2土層工程特性指標可知，18#樓的筏板基礎應位于第⑤層碎石層上，以確保承載力的可靠性。

位于邊坡位置建筑物的變形包括兩種：①在結構重力荷載作用下邊坡的外力變形;②邊坡在自重應力下自身的變形。因此，分別對這兩種情況進行計算分析。

（1）結構重力荷載作用下邊坡的外力變形

在結構自重荷載作用下，邊坡土層頂部土層會將自身所受到的力沿圖中藍色滑移面向坡底部傳遞，從而形成下圖3所示的滑移面。

在結構-土層體系的受力滑移過程中，若滑移面上的整體剪應力大于土層所能承受的極限值，則會產生滑坡，如圖3中黑線所示。

（2）邊坡自重下的地基變形

邊坡外側土體在自身重力下，沿土體內部滑移面所產生的位移變形如圖4所示，在滑坡體滑移過程中，坡面頂部的土體面層BA由水平面變為向邊坡反向傾斜的BA，其變形趨勢與圖在重力荷載作用下的坡面模型類似。

圖中紅色部分為土體上抬區域，黃色部分為土層豎向變形為0的區域，藍色和綠色區域為土層沉降區域。從整體看出，在重力作用下，坡頂土層普遍下沉，以通過坡腳的垂直線為界限，坡腳及外側地表土體有上抬趨勢。

在土坡滑移過程中，原有楔形土體發生變形，由原先的ABC形狀，滑動至ABC，其頂部AB發生不均勻沉降，進而引發地面的向右側傾斜，在距離邊坡較近的18#樓區域，結構筏板基礎隨著坡頂變形向右側傾斜，與滑坡模型變形相似。

4結束語

在結構重力作用下，邊坡土層雖然沉降均勻，但會產生沿邊坡發展的滑動面，如果結構荷載較大，引發滑動面貫通而形成整體滑動，則會產生整體失穩的問題;在考慮單一的土坡穩定性時（不考慮結構自重引起的土層滑移），雖然自然形成的坡面能夠達到自穩狀態，但也會產生相應的變形，其表現形式就是沿剖面的不均勻沉降。

在整體受力過程中，應綜合考慮結構自重和土坡自重下的變形，既保證在結構荷載下土坡的強度和滑移，又能夠將土坡自重引發的不均勻沉降控制在適當范圍內。

18#樓在土體自重和結構自重作用下，整個地層的變形區域較大，若采用擋土墻結構，其控制區域較小，較難實現對結構和地層的整體變形控制;抗滑樁結構能穿透變形較大的地層，將樁底部嵌固到基巖中去，對控制結構整體變形效果較好，建議采用抗滑樁結構。

參考文獻

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作者簡介

張程，（1984-）男，工程師，研究方向：巖土工程監測、變形監測。