組合支護形式下的邊坡位移和剪切應變分析

何維軍

（江西信江水利電力勘察設計有限公司，江西 上饒 334600）

1 前言

邊坡和滑坡工程一直是工程界研究的重點，對此學者們也進行了大量的研究。葉志程等結合某滑坡利用數值模擬軟件，計算了自然和暴雨工況下邊坡的穩定性，研究結果表明：預應力錨索加固滑坡能夠達到治理滑坡的目。韓雪等對滲流作用下邊坡的穩定性進行了研究，研究結果表明：利用土工格柵能夠顯著地提高路堤邊坡的穩定性。聶緒斯等對巖層傾向不同的邊坡進行了研究，研究結果表明：巖層傾角不同，邊坡的穩定性不同。徐慧等對邊坡重建時，植被對生態修復作用進行了研究，研究結果表明：植被對坡面水土流失效果明顯，但是對于邊坡的穩定性影響較小。魏小濤等對邊坡的檢測方法進行了研究，研究結果表明：邊坡治理過程中應當加強實時監測和雷達掃描，以此使邊坡治理更加專業。然而以上的研究沒有涉及邊坡支護過程中的邊坡位移和剪切應變的影響，對此結合一實際邊坡工程，采用抗滑樁+擋土墻+噴混凝土的組合支護形式，最后對邊坡進行位移、剪切應變和穩定性的分析。

2 工程概況

該滑坡位于江西省上饒市內，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如表1所示。

表1 巖土體物理力學參數表

結合圖1 可知，設計的治理措施主要有抗滑樁、擋土墻和噴混凝土，噴混凝土采用的是C20材料，因為坡面較平緩，所以暫沒有添加土釘或錨索，因為研究重點為邊坡的穩定性，所以暫時不考慮水平土拱效應的影響。

圖1 邊坡平面圖 單位：m

3 數值模擬

3.1 模型的建立

如圖2 所示，風化土和風化巖均選擇三維實體單元，材料分析符合mohr定律和符合彈性定律；噴射混凝土選擇C20混凝土，選擇板單元，彈性模量2 120 萬kN·m-3，泊松比為0.21，容重為23.40 kN·m-3；抗滑樁選擇各向同性的彈性材料，彈性模量3 260萬kN·m-3，泊松比為0.22，容重為23.6 kN·m-3；擋土墻選擇各向同性的彈性材料，彈性模量2 820 萬kN·m-3，泊松比為0.23，容重為23.80 kN·m-3。

圖2 數值模擬三維圖

3.2 邊坡巖土體位移

數值模擬計算完成后，結果顯示邊坡的水平位移最大值為7.10 mm，位于第二臺階處，即抗滑樁所在位置，結合相關規范可知，最大位移不超過20 mm，說明支護后的邊坡位移控制方面是滿足規范要求。另一方面絕大多數巖土體的水平位移為3～5 mm，此巖土體所占整個邊坡巖土體的45%，剩余的巖土體位移不超過3 mm。由以上水平位移分析可知，邊坡的開挖在水平位移方面是滿足要求的。

邊坡的整體位移最大值為7.60 mm，同樣位于第二臺階處，另一方面絕大多數巖土體的水平位移為3.20～5.60 mm，此巖土體所占整個邊坡巖土體的48%，剩余的巖土體位移不超過3.20 mm。結合相關規范可知，最大位移不超過20 mm，說明支護后的邊坡位移控制方面是滿足規范要求。由以上整體位移分析可知，邊坡的開挖在整體位移方面是滿足要求的。

邊坡的水平和整體位移均不超過20 mm，最大位移位于第二臺階處，與實際工程監測情況一致，說明邊坡的支護措施在位移控制方面是合理有效的。

3.3 邊坡剪切應變

邊坡支護后自然工況下邊坡加固后安全系數達到1.36，剪切應變區即邊坡的塑性區并沒有貫通，說明邊坡不會繼續滑動，邊坡的支護措施是達到了理想的要求。

進一步搜索邊坡的潛在滑動面可知，邊坡的潛在滑動面范圍過大，同時抗滑樁的高度達不到要求，可以適當增加抗滑樁的高度，以便滑動面穿過抗滑樁中間位置。

綜上所述可知，支護條件下邊坡的潛在滑動面并沒有生成，說明支護措施是達到了理想的支護效果，同時加固后邊坡的安全系數達到1.36，此安全數值達到了邊坡支護的目的。另一方面可知，此邊坡的潛在滑動面較深，抗滑樁的設計長度沒有達到要求，可建議適當增加抗滑樁的高度，使抗滑樁達到支護的效果。

3.4 數值模擬總結

從兩個方面對支護后的邊坡進行總結，一個是位移方面，另一個是剪切應變區域方面，總結如下：①邊坡的水平位移和整體位移均不超過20 mm，從位移的角度分析可知，支護措施是達到了控制邊坡巖土體位移的目的。②支護后邊坡的剪切應變區域并沒有貫通，說明支護措施起到了防止邊坡進一步破壞的目的；邊坡的安全系數也達到了工程要求，但是因潛在滑動面較深，抗滑樁的設計高度沒有達到要求，建議適當增加抗滑樁高度。

4 結論

結合一實際邊坡工程，采用抗滑樁+擋土墻+噴混凝土的組合支護方式，并通過數值模擬對坡體的位移和剪切應變進行了研究，結論如下：①邊坡的水平位移和整體位移最大值分別為7.10 mm和7.60 mm，以上數值均不超過20 mm，說明邊坡的支護在位移方面是達到了理想的要求。②邊坡的剪切應變區并沒有貫通，安全系數為1.36，此安全系數超過1.20，由此可知邊坡的安全系數是達到了工程要求。③邊坡潛在滑動區域過大，抗滑樁的設計高度并沒有完全穿過滑動面，建議適當增加抗滑樁高度，使抗滑樁發揮應有的抗滑效果，進一步提高邊坡的穩定性。④以上的研究從位移和剪切應變區域進行了分析，并沒有考慮地震工況，此方面的研究有待進一步深入。