復合地層界面傾角對邊坡支護變形的影響研究

摘" 要：為研究土巖復合地層界面傾角對邊坡灌注樁支護變形及地表變形的規律，依托臨滄市臨翔區糧食倉儲物流園區項目，采用Midas軟件進行數值模擬計算，分析土巖復合地層交接面不同傾斜角度對地表沉降及支護樁側向位移的影響，得出以下結論，當地層交界面傾斜時，支護樁側向位移最大處在其中上部，并沿樁身向兩側降低，整體呈現S型變化；隨著交接面傾斜角度的增大，最大地表沉降量也隨之增大，最大沉降位置向基坑側移動；支護樁側向位移隨著土層交接面傾斜角度的增大而增大，且支護樁最大側向位移位置出現下移趨勢，同時隨著角度增加，支護樁側向位移增大趨勢降低。

關鍵詞：土巖復合地層；傾斜；滑移；數值模擬；支護樁；地表沉降

中圖分類號：TU473" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2025）05-0104-04

Abstract： In order to study the laws of the interface inclination angle of soil-rock composite strata on the support deformation of slope cast-in-place piles and surface deformation， relying on the Grain Storage and Logistics Park Project in Linxiang District of Lincang City， Midas software was used to conduct numerical simulation calculations， and the effects of different inclination angles of the interface between soil-rock composite strata on surface settlement and lateral displacement of support piles were analyzed， and the following conclusions were drawn： When the local layer interface inclines， the maximum lateral displacement of the supporting pile is in the upper middle part， and decreases to both sides along the pile body， showing an overall S-shaped change; as the inclination angle of the interface increases， the maximum surface settlement also increases， and the maximum settlement position moves towards the foundation pit side; the lateral displacement of the supporting pile increases with the increase of the inclination angle of the soil interface， and the maximum lateral displacement position of the supporting pile tends to move downward. At the same time， the increasing trend of the lateral displacement of the supporting pile decreases with the increase of the angle.

Keywords： soil-rock composite stratum; tilt; slip; numerical simulation; supporting pile; surface settlement

復合地層多為2種或2種以上不同地層組成，且多為垂直方向“上軟下硬”組合地層，即上部為松軟地層，下部為堅硬的巖石地層。在對復合地層進行邊坡支護時，巖石地層與松軟地層交界面傾斜，會對灌注樁支護受力變形及地表沉降造成影響。

對于復合地層施工已有眾多學者進行研究。郭濱等[1]依托成都地鐵八號線蓮花站工程，研究了復合地層基坑不同開挖深度支護樁變形規律，并提出相應解決措施。趙一行[2]以佛山市某工程為例，采用Midas有限元軟件進行數值模擬并結合現場監測，研究了復合地層偏壓作用下圍護結構受力變形特征。周旭明[3]根據江西省鷹潭市某大橋承臺基坑項目，采用有限元軟件數值模擬和現場監測方法，研究分析了土巖復合地層中長短圍護樁的應用及圍護樁變形及受力特征。李怡航[4]以某地鐵車站深基坑施工為背景，結合理論分析、數值模擬計算和現場監測研究方法，研究分析了土巖復合地層圍護樁嵌固深度對基坑受力變形特征的影響規律。肖龍等[5]依托湖南省長沙市某項目為例，對復合地層基坑支護設計進行了研究分析，為相關工程提供了借鑒。彭思偉[6]以某復合地層隧道工程為依托背景，提出了根據復合地層不同施工段情況，采用不同的支護施工技術，并結合現場監測，驗證了技術可行性。于添程[7]采用數值模擬研究方法，依托某隧道工程，分析探討了復合地層不同支護壓力的開挖面變形，為相關工程提供了參考。丁倉[8]根據青島某地鐵項目，分析了土巖復合地層豎井支護體系，提出了上部土層采用灌注樁+混凝土環框梁支護，下部巖層進行錨噴支護。楊非易等[9]采用數值分析軟件，結合梧州市某深基坑工程項目，對復合地層基坑中吊腳樁與落底樁水平位移及地表沉降規律進行了對比分析。

以上研究皆是基于復合地層交界面水平條件下做出的一系列研究，對交界面為傾斜狀態的研究較少，因此本文依托臨滄市臨翔區糧食倉儲物流園區工程，通過Midas有限元模擬軟件對復合地層交界面不同傾斜角度條件下樁體受力變形特征進行研究分析，得出了不同傾斜角度下支護樁變形及地表沉降規律，研究可為復合地層交界面傾斜的相關工程提供借鑒。

1" 工程概況

臨滄市臨翔區糧食倉儲物流園區位于臨翔區螞蟻堆鄉集鎮，原為螞蟻堆鄉大牲畜交易市場。項目位于祥臨公路（G214）段右側，南汀河左側，地處山間盆地，與公路保有20 m退讓線，與河道保有50 m退讓線。項目地理位置如圖1所示。

根據鉆探揭露結果，場地地基土主要為粗砂土、填土、強風化巖、砂礫巖等，場地內無污染土、膨脹土、鹽漬土等其他特殊性巖土分布，土層及支護示意圖如圖2所示。

2" 土層交界面傾斜時支護樁變形及地表沉降規律

2.1" 模型建立

復合地層交界面傾斜時邊坡灌注樁支護示意圖如圖3所示，其中土層與巖石地層交界面與支護結構相交于土層邊坡底處，α為土層交界面傾斜角度。為進一步探究復合地層土層交界面傾角對邊坡灌注樁樁基變形及地表沉降的影響，分別考慮傾角α為20、40、60° 3種工況。

2.2" 模型規律分析

為探究不同傾斜角度對樁身位移及地表沉降的影響，建立20、40、60° 3種工況對其進行模擬分析，傾角為20°時地表沉降云圖及樁身側向位移云圖分別如圖5、圖6所示。

由圖5所示，地層交界面傾斜時，上部土層沉降較大，最大沉降值為6.49 mm，且最大沉降位置沿傾斜方向向下延伸。由圖6可知，在邊坡支護完成后，支護樁最大側向位移處在土層部分樁身中上部，最大位移距離為4.4 mm，延樁身向上下兩側逐漸減小，其中支護樁插入風化巖地層部分位移較小，支護樁整體呈現出S型變化。

3" 不同土層交界面傾斜角度對邊坡穩定性的影響

3.1" 地表沉降變化

提取不同地層交界面傾斜角度下地表沉降數據線圖，如圖7所示。

由圖7可知，在傾斜角度為20、40、60°時，最大地表沉降分別為6.48、8.79、9.56 mm。傾斜角度20～40°地表沉降量增大了35.6%，40～60°沉降量增大了8.6%，隨著傾斜角度的增大，最大地表沉降量呈現逐步增大的趨勢，但增大趨勢降低，最大沉降量位置隨著角度增加呈現出向鄰近邊坡側移動的趨勢。當地層交界處傾斜時，土層會向下產生滑移，上部土層豎向變形增大，所以隨著傾斜角度增大，地表沉降量增大。但隨著角度增加，豎向壓力增大，但土層覆蓋范圍減小，地表沉降量增大趨勢變小，由此可見當傾斜角度增大至一定程度后，地表沉降量會不再增大。

3.2" 支護樁側向位移變化

提取不同交界面傾斜角度下支護樁側向位移數據，如圖8所示。

圖8為不同地層交界面傾斜角度下支護樁側向位移線圖，在傾斜角度為20、40、60°時，支護樁最大側向位移分別為4.38、5.66、6.20 mm，相較于地層界面傾斜角度為20°時，傾角為40°時增大了29%，傾角為60°時較于40°增大了9.5%。由此可見，支護樁最大側向位移增長趨勢與地表沉降相同，最大側向位移位置隨傾斜角度的增大，出現下移趨勢。當傾斜角度增大時，土層產生滑移，對支護樁側向壓力增大，支護樁側向位移增大，但隨著角度增大，豎向壓力增大，但上部土層體積逐漸減小，側向水平位移增大趨勢變緩。

4" 結論

為了探究土巖復合地層界面傾角對邊坡灌注樁支護變形影響規律，依托臨滄市臨翔區糧食倉儲物流園區項目，利用Midas有限元軟件對地層交界面不同傾斜角度條件下的樁身水平位移及地表沉降規律進行分析，經分析得出以下結論。

在地層交界面傾斜條件下，支護樁最大側向位移在樁身中上部，并向兩側逐步降低，樁身巖石地層部分位移較小，支護樁整體呈現出S型變化；土層最大沉降位置臨近支護端。

隨著交界面傾斜角度的增大，最大地表沉降量呈現逐步增大的趨勢，從20°增大至40°時，沉降量增大了35.6%，從40°增大至60°時，沉降量增大了8.6%，增大趨勢降低，并且最大沉降量位置隨著角度增加呈現出向鄰近支護側移動。

隨著交界面傾斜角度的增大，樁身側向位移明顯增大，支護樁最大側向位移位置出現下移趨勢，傾斜角度為40°時較于20°增大了29%，角度60°時較40°增大了9.5%，增大趨勢明顯變緩，這是由于當傾角增大時上部土層面積降低，樁身側向位移增大趨勢降低。

參考文獻：

[1] 郭濱，袁順德.復合地層基坑支護樁變形問題的探討[J].四川建筑，2021，41（2）：169-170.

[2] 趙一行.土巖復合地層超深圓形基坑圍護結構受力變形特性及優化研究[D].南昌：華東交通大學，2022.

[3] 周旭明.長短樁圍護結構在土巖復合地層基坑中的應用研究[D].南昌：華東交通大學，2023.

[4] 李怡航.上土下巖復合地層深基坑圍護樁嵌固深度研究[D].合肥：安徽建筑大學，2023.

[5] 肖龍，李盼盼.上軟下硬復合地層條件下深基坑支護設計探析[J].中國建筑裝飾裝修，2022（13）：160-162.

[6] 彭思偉.復合地層盾構隧道地表沉降與支護施工技術研究[J].工程機械與維修，2024（4）：83-85.

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