抗滑樁擋墻組合結構支護滑坡的數值模擬研究

蕭寶駒

（東莞市水務工程質量安全監督站,廣東 東莞 523000）

1 前言

抗滑樁支擋結構在滑坡或邊坡工程中應用廣泛,對此學者們也進行了大量的研究。伍永仟等[1]認為地下水是影響滑坡的首要因素,因此提出了抗滑樁+截排水的組合結構支護方案,通過工程實踐可知,以上治理方案達到了防止滑坡進一步滑動的目的。高文軍等[2]對G214 線的特殊滑坡進行了研究,研究結果表明：對于特殊滑坡可對抗滑樁進行濕化處理,以此達到增強抗滑樁的支護效果。劉洪洋等[3]對北京某滑坡的治理方案進行了研究,研究結果表明：滑坡的治理應當結合滑坡成因進行分析,對于此類滑坡宜采用抗滑樁+預應力錨索+土體注漿,經過后期監測可知,以上治理措施達到了預期效果。李新哲等[4]對抗滑樁位置的選擇進行了研究,研究結果表明：抗滑樁設置位置的選擇應當結合加固區域塑性區范圍。鄧勝等[5]對云南某滑坡進行了勘察,勘察結果表明：此滑坡有兩層滑動面,針對此類滑坡提出了抗滑樁+預應力錨索組合治理措施,并加強排水功能,最后通過監測資料顯示以上的治理措施達到了理想的治理效果。王立猛[6]對降雨條件下抗滑樁的支護效果進行了研究,研究結果表明：樁間距為3 m,樁橫截面尺寸為1.5 m,此類抗滑樁的支護效果最佳；趙玉博等[7]結合貴州某滑坡,通過研究抗滑樁的位移,對抗滑樁的抗滑效果進行評價,研究結果表明：對于開挖深度較大的滑坡,首要選擇H型抗滑樁進行支護；王壯等[8]在地震作用條件下,對抗滑樁的支護效果進行了研究,研究結果表明：雙排樁的支護效果明顯優于單樁；劉喜康[9]利用數值模擬對邊坡支護措施進行了研究,研究結果表明：抗滑樁支護的同時,增加框架錨索更利于提高邊坡的穩定性；李政等[10]結合貴州某滑坡利用數值模擬技術對支護結構進行了研究,研究結果表明：抗滑樁和框架梁組合結構支護形式利用邊坡的穩定。

然而以上的治理措施中沒有對抗滑樁+擋土墻組合支護結構進行研究,對此本文結合一實際滑坡工程,通過數值模擬還原了滑坡原狀,并對抗滑樁+擋土墻組合支護結構的支護效果進行評價。

2 工程概況

該滑坡位于我國南部地區,經過地質勘察可知,滑坡主要由兩層土體所組成,從上至下分別是風化土和風化巖（圖1）,邊坡的物理力學性質見表1。

表1 巖土體物理力學參數

圖1 邊坡平面圖 （單位：m）

經地質勘察可知邊坡的潛在滑動面見圖1,利用瑞典條分法對剩余下滑力進行計算,計算結果見表2。

表2 自然工況下的剩余下滑力

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（截止至抗滑樁處）劃分成11 個條塊,計算得到的滑坡推力為2877.7 kN/m。

結合此數值,計算的抗滑樁寬長度×寬度×高度為2 m×3 m×18 m,在坡面進行C20 噴砼,坡腳處設置擋土墻。本文關注的是抗滑樁+擋土墻組合結構支護滑坡的效果,因此暫不考慮水平土拱效應的影響[11-14]。

3 數值模擬

3.1 模型的建立

利用MIDAS GTS建立滑坡模型見圖2。風化土選擇三維實體單元,材料符合mohr定律；風化巖選擇三維實體單元,材料符合彈性定律；噴射混凝土選擇C20砼,選擇板單元,彈性模量2.03×107kN/m3,泊松比為0.2,容重為23 kN/m3；抗滑樁選擇各向同性的彈性材料,彈性模量3.21×107kN/m3,泊松比為0.2,容重為23.5 kN/m3；擋土墻選擇各向同性的彈性材料,彈性模量2.72×107kN/m3,泊松比為0.2,容重為23 kN/m3。

圖2 數值模擬立體圖

3.2 整體位移

數值模擬計算至滑坡穩定時結束,滑坡體位移見圖3。

圖3 坡體整體位移

由圖3（a）可知,坡體的整體位移主要集中于滑坡體上部,坡面附近處整體位移較大,隨著距離坡面距離的增大,整體位移逐漸減小,最大整體位移為8 mm,超過5 mm的巖土體的整體位移約占滑坡體的11%,約大多數的整體位移不超過5 mm,按照滑坡支護工程的位移要求,以上的整體位移均不超過20 mm,說明支護措施是有效的。

截取滑坡體中間截面作為研究對象,如圖3（b）所示,一級平臺以上處的整體位移普遍大于平臺以下的位移。此截面最大的整體位移為7 mm,發生于坡頂區域,不超過5 mm巖土體約占整個滑坡體的78%,最大整體位移也不超過工程允許的最大值,說明滑坡支護措施是有效的。

由圖3 可知,滑坡體的整體位移主要發生于風化土區域,距離坡面處越近,整體位移越大,最大位移控制在工程允許的范圍內,說明了滑坡支護措施在控制整體位移方面是滿足工程要求的,另外通過整體位移可知,若后期需要進行位移監測,風化土和一級平臺以下區域是監測的重點。

4 結論

本文結合一實際滑坡工程,采用抗滑樁+擋土墻+噴砼的組合支護方式,并通過數值模擬對坡體的整體位移進行了研究,研究結果如下。

（1）坡體的整體位移主要集中于風化土區域,距離坡面越近,整體位移越大,最大的整體位移為8 mm,不超過工程允許的最大值,可認為抗滑樁組合支護方案在控制滑坡體整體位移方面是滿足要求的。

（2）支護后滑坡體整體位移不超過5 mm的巖土體主要集中于一級平臺以下,說明后期若需進行位移監測,一級平臺以上區域是監測的重點。

（3）本文主要從整體位移的角度對抗滑樁組合結構進行了研究,沒有從滑坡體的塑性區進行分析,此方面有待進一步深入研究。