抗滑樁組合結構支護滑坡的分析研究

于 納

(蚌埠市水利勘測設計院有限公司，安徽 蚌埠 233000)

0 前 言

滑坡此類自然災害在國內頻發，對此學者們也進行了大量的研究，車晶等對滑坡區域在天然、暴雨及地震工況下的穩定性進行了分析，分析結果表明：對于此類滑坡采用抗滑樁+錨索肋板墻的組合加固措施，能夠起到防止滑坡滑動的目的[1]。馬和文等對麗江某滑坡進行了成因分析，并提出了削方減載+錨索框格梁+護腳擋墻+截排水溝治理措施，并通過現場監測對治理方案進行了效果評估，評估結果表明以上方案是可行的[2]。曲萬江針對隧道滑坡提出了采用抗滑樁的治理方案，經此減小坡體的擾動，并通過后期監測對治理方案進行了評估，評估結果表明：抗滑樁方案治理成本低、效果好[3]。曹松傑等進行折線法將滑坡在天然、暴雨和地震工況下的穩定性進行了研究，研究結果表明：折線法計算的滑坡安全性與實際相符，在工程中可以應用折線法進行滑坡安全性的計算[4]。馮興亮等對某高速公路滑坡進行了分析，重點對滑坡進行了勘察，確定了滑坡滑面，并認為以此制定的滑坡治理方案更符合實際[5]。陳佳偉等引用了鋼管樁對滑坡進行了治理，通過研究表明：鋼管樁施工快、占地少、阻滑效果好，在小型滑坡中應用效果更佳[6]。彭成等對碎石土滑坡進行了研究，研究結果表明：地下水原因是導致碎石土滑坡生成的主要原因，降雨入滲能夠加劇滑坡滑動[7]。張雄偉通過傳遞系數法對滑坡治理進行了研究，研究結果表明：以滑坡破壞模式提供的治理措施，治理效果更好[8]。祁玉超等對不同灌木種植下的邊坡固坡進行了研究，研究結果表明：超過50o的灌木易導致滑坡發生整體失穩[9]。易宙子等對坡率<1∶2的邊坡進行了研究，研究結果表明：淺層邊坡的工程巖土體有一定的特征，邊坡設計時應當結合坡體特征進行綜合設計[10]。

然而以上的研究沒有對抗滑樁+錨桿+噴混凝土的治理措施進行分析，基于此文章結合一實際滑坡工程，利用數值模擬技術對抗滑樁+錨桿+噴混凝土的治理措施進行評價。

1 工程概況

該邊坡位于某市，如圖1所示，滑坡主要由風化土、風化巖和軟巖組成，滑坡的物理力學性質如表1所示，結合工程經驗選擇抗滑樁+錨桿+噴混凝土的組合支護方式。

表1 巖土體物理力學參數

圖1 邊坡平面圖

2 數值模擬

2.1 模型的建立

因MIDAS能夠較好的還原滑坡現狀，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滑坡穩定性，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，抗滑樁采用梁單元進行模擬，錨桿采用的是植入式梁單元，以上三者的扭轉常量IX為8.7×10-3m4、4.9×10-1m4和3.8×10-8m4，扭轉應力系數分別為3.4×10-1m、7.5×10-1m和1.3×10-2m，截面慣性矩(IY和IZ)為5.2×10-3m4、2.4×10-1m4和1.9×10-8m4，有效剪切面積(AY和AZ)為2.1×10-1m2、1.6m2和4.4×10-4m2，剪切應力系數(GY和GZ)為6m-2、7.5×10-1m-2和2.7×10-3m-2。

圖2 滑坡支護結構圖

2.2 水平和豎向位移

數值模擬計算至滑坡穩定時結束，滑坡的整體位移如圖3所示。

由圖3(a)可知，坡體整體位移主要集中于風化土區域，最大的整體位移發生于坡腳處，最大位移數值為8.4mm，結合工程位移要求，最大位移不超過20mm，說明此治理措施下滑坡的位移是控制在工程允許的范圍內。

進一步將滑坡進行切面，由圖3(b)可知，坡體整體位移同樣集中于風化土區域，最大的整體位移發生于坡腳處，最大位移數值為7.3mm，超過5mm的整體位移占所切滑坡面的6%，結合工程位移要求，最大位移不超過20mm，說明此治理措施下滑坡切面的位移是控制在工程允許的范圍內。

由圖3可知，坡體整體位移≤20mm，說明治理措施下達到了防止滑體進一步滑動的目的。

(a)坡體整體位移(單位：mm)

錨桿所受的軸力如圖4所示，由圖4分析可知，中部區域錨桿的軸力受力較大，上下兩端錨桿所受軸力較小，原因是滑面是彎曲的，中部區域錨桿所受的土壓力或滑坡推力較大，而上下兩端滑面區域包圍錨桿部分面積較小，導致錨桿所受的土壓力或滑坡推力較小。

圖4 錨桿所軸力(單位：kN/m2)

同時分析錨桿的受力可知，最大軸桿受力為1.9×106kN/m2，此錨桿所占整個錨桿比例約4%，超過65%的錨桿受力不超過1.0×106kN/m2，而結合軸桿的材料屬性可知，錨桿所受的極限應力為2.4×108kN/m2，因此最大錨桿的受力遠小于錨桿的極限承載力，可認為錨桿材料的選擇是合理有效的，滿足工程要求。

由圖5(a)可知，滑坡體的塑性區域并沒有貫通，塑性區域集中于坡腳處，說明滑坡體不會發生滑動，但是若滑坡體發生滑動，剪出口必定是坡腳處，此區域易發生塑性破壞。同時潛在滑動面區域范圍較大，明顯較勘察出的滑動面大，若設計按照勘察結果，設計的抗滑樁和錨桿的尺寸必定偏小。

由圖5(b)可知，滑坡體切面的塑性區域沒有貫通，塑性區域集中于坡腳處，所占整個切面的約12%，說明若滑坡體發生滑動，剪出口必定是坡腳處。

利用MIDAS輔助功能進一步搜索潛在滑動面如圖5(c)，塑性區主要集中于坡腳處及接近坡腳區域，說明坡腳是治理的重點，結合此潛在滑動面可知，錨桿的設計明顯偏小，應當適當加長錨桿的長度，讓設計的錨桿穿過潛在滑動面區域，以達到防止坡面滑動的目的；抗滑樁中部是穿過潛在滑動面區域的，說明抗滑樁的設計是滿足工程要求的。

(a)坡體塑性區

3 結 論

文章結合一實際滑坡工程，采用抗滑樁+錨桿+噴混凝土的組合支護方式，并通過數值模擬對坡體的整體位移、錨桿的受力和滑體的塑性區域進行了研究，研究結果如下：

1)滑坡體的整體位移最大為8.4mm，此位移小于工程要求的20mm，甚至<10mm，說明了滑坡體的整體位移是控制在合理的范圍內，整體位移不會對工程造成安全隱患。

2)錨桿所受軸力呈現兩頭小，中間大的趨勢，原因是滑動面在坡體中間區域范圍較大，致使錨桿的受力不均勻，因此建議將上下兩頭的錨桿的剛度適當減小，中間錨桿的剛度適當增加，可減小工程造價，同時也可以保證工程的安全性。

3)滑坡體的塑性區域分析可知，滑動面并未貫通，說明了治理措施是合理有效的，但是塑性區域集中于坡腳處，說明坡腳處將來易發生剪出破壞；另一方面從潛在滑動面范圍可以分析，錨桿的設計長度是不夠的，應當適當增加錨桿的長度，抗滑樁的設計長度是滿足要求的。