王佳俊，王 斌，周 欣,周 傲，程 瑤

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)工程學(xué)院，湖北 武漢 430074；2.中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所，湖北 武漢 430071；3.江蘇省交通工程建設(shè)局，江蘇 南京 210004；4.湖北工業(yè)大學(xué)土木建筑與環(huán)境學(xué)院，湖北 武漢 430064)

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，城市化進(jìn)程突飛猛進(jìn)，對(duì)于地下空間開(kāi)發(fā)和利用的需求越來(lái)越迫切，大量城市正在興建隧道、地鐵等便民設(shè)施，大大緩解了路上交通的壓力，縮短了城市間通勤的時(shí)間和距離[1]。然而在這些工程施工過(guò)程中，不可避免地需要開(kāi)挖深基坑，并且基坑的深度與規(guī)模都在不斷增加，故對(duì)于維護(hù)基坑邊坡穩(wěn)定性的支護(hù)工藝要求也越來(lái)越高，尤其是在沿海等軟土地區(qū)，一旦施工過(guò)程中局部處置不當(dāng)，極易引起滑坡，威脅基坑整體圍護(hù)結(jié)構(gòu)安全。

近些年來(lái)，諸多學(xué)者圍繞基坑邊坡穩(wěn)定性方面做了大量工作，取得了一些研究成果[2-8]，研究認(rèn)為基坑的形狀、尺寸、開(kāi)挖方式和支護(hù)方式等都對(duì)基坑整體穩(wěn)定性有著重要影響。隨著研究的不斷深入，基坑支護(hù)理論和手段在不斷進(jìn)步，然而由于巖土體復(fù)雜的物理力學(xué)性質(zhì)，在基坑施工過(guò)程中難免會(huì)出現(xiàn)意料之外的變化或事故,這就需要對(duì)其進(jìn)行深入分析，揭示事故發(fā)生的機(jī)制和原因，從而提出科學(xué)的解決方案。Hashash等[9]研究發(fā)現(xiàn)，剛性支撐系統(tǒng)可以很好地限制基坑側(cè)壁變形，但土體變形的范圍會(huì)擴(kuò)大；徐為民等[10]通過(guò)對(duì)某工程中土釘墻失穩(wěn)破壞情形進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)基坑的局部超深開(kāi)挖會(huì)破壞基坑原有的穩(wěn)定性，故在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將坑中坑和原基坑作為一個(gè)整體考慮，最終通過(guò)增設(shè)土釘和超前錨桿對(duì)基坑進(jìn)行加固；單仁亮等[11]通過(guò)對(duì)某基坑工程中坡底土體坍塌現(xiàn)象進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這是由于兩層土體同時(shí)開(kāi)挖導(dǎo)致支護(hù)不及時(shí)而引發(fā)的基坑失穩(wěn)，并結(jié)合數(shù)值模擬和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析指出按照施工順序開(kāi)挖和及時(shí)采取支護(hù)措施可避免類(lèi)似事故的再次發(fā)生；劉小麗等[12]研究發(fā)現(xiàn)一軟土基坑采用樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)發(fā)生了較大變形，通過(guò)數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)該種支護(hù)結(jié)構(gòu)易產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)，反而會(huì)加劇土體變形，故在軟土基坑使用樁錨支護(hù)手段時(shí)需要加強(qiáng)設(shè)計(jì)；韓建強(qiáng)等[13]通過(guò)對(duì)廣州南沙區(qū)多起軟土地基基礎(chǔ)工程事故進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)淤泥的觸變性是事故發(fā)生的主要原因，并在此基礎(chǔ)上提出了相應(yīng)的治理措施；范濤等[14]通過(guò)對(duì)某事故基坑進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)是由于止水帷幕失效，從而導(dǎo)致基坑土體遇水發(fā)生塌陷，隨后采取注漿和增加錨桿的防護(hù)措施用于維護(hù)邊坡的穩(wěn)定性；魏丹[15]基于故障樹(shù)和層次分析法對(duì)豎向基坑失穩(wěn)現(xiàn)象進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)對(duì)基坑穩(wěn)定性影響最大的因素是管理因素，其次為設(shè)計(jì)不當(dāng)和計(jì)算失誤等，該結(jié)果說(shuō)明在工程建設(shè)過(guò)程中，需加強(qiáng)安全管理和設(shè)計(jì)。

上述基坑工程事故案例的發(fā)生表明，人們對(duì)基坑土體性質(zhì)的了解還有不足之處，因此進(jìn)一步完善與基坑相關(guān)的理論、設(shè)計(jì)與技術(shù)很有必要。為此，本文以無(wú)錫太湖隧道項(xiàng)目某處軟土深基坑開(kāi)挖施工過(guò)程中出現(xiàn)的滑坡實(shí)例為研究背景，基于現(xiàn)場(chǎng)滑坡破壞模式的調(diào)查，以及通過(guò)FLAC3D軟件獲得的數(shù)值模擬分析結(jié)果，并比對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)結(jié)果，分析了滑坡發(fā)生的機(jī)制，進(jìn)而提出了3種邊坡加固設(shè)計(jì)優(yōu)化方案并進(jìn)行了對(duì)比分析，以為工程后續(xù)施工提供科學(xué)依據(jù)。

1 工程背景

1.1 工程概況

太湖隧道項(xiàng)目位于江蘇省無(wú)錫市，是蘇錫常南部高速公路項(xiàng)目的一部分，其設(shè)計(jì)里程范圍為K23+658～K34+690，場(chǎng)地地貌單元屬太湖湖蕩平原區(qū)與山間平原亞區(qū)交界，該隧道全長(zhǎng)10.79 km,為目前全國(guó)最長(zhǎng)的湖底明挖隧道，見(jiàn)圖1。

圖1 太湖隧道工程線路圖

本次隧道基坑工程采用圍堰明挖法施工,基坑安全等級(jí)為一級(jí)；邊坡采用二級(jí)放坡，通過(guò)粉噴樁加固邊坡，第一道放坡坡率為1∶1.5，分級(jí)高度為1.5 m，護(hù)坡道寬為2.0 m，第二道放坡坡率為1∶3，分級(jí)高度為5 m，接著就是寬度為12 m長(zhǎng)的施工便道，最后隧道基坑開(kāi)挖深度為8.6 m。整體基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁，水下采用C30混凝土澆筑。

1.2 工程地質(zhì)條件

依據(jù)勘察成果及區(qū)域地質(zhì)資料，該層圍堰主要影響范圍內(nèi)地層主要為全新統(tǒng)黏性土層和上更新統(tǒng)黏性土、粉土、粉砂層。各土層的工程地質(zhì)特征簡(jiǎn)述如下：1-1為粉質(zhì)黏土，該層土質(zhì)較為均勻，淺部0.3 m為種植土，勘察揭示層厚為0.80～4.60 m；1-2為淤泥、淤泥質(zhì)黏土，局部地段夾粉砂、粉土薄層，該層具高孔隙比、高壓縮性，層厚為0.20～10.50 m；2-1為粉質(zhì)黏土，含鐵錳氧化物，該層在隧道沿線淺部較連續(xù)分布，勘察揭示一般層厚為1.00～11.20 m；2-2為粉質(zhì)黏土，部分為軟粉質(zhì)黏土層，局部夾粉土薄層，該層層厚為1.20～8.00 m；2-3為粉土，部分為粉砂層，夾粉質(zhì)黏土及粉砂薄層，局部呈互層狀分布，分布連續(xù)，勘察揭示層厚為1.00～12.60 m；2-4為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，主要為粉質(zhì)黏土夾粉砂互層狀分布，層厚為1.10～14.40 m；3-1為粉質(zhì)黏土，局部可塑，該層土質(zhì)不均夾鐵錳質(zhì)結(jié)核，勘察揭示一般層厚為1.70～17.80 m；3-2為粉質(zhì)黏土，夾粉土及粉砂薄層，局部呈互層狀分布，勘察揭示層厚為1.90～14.80 m；4-1為黏土，勘察揭示最大層厚為13.40 m；4-1a為粉質(zhì)黏土，局部夾粉土及粉砂薄層，局部呈互層狀分布，勘察揭示最大層厚為7.40 m。

2 滑坡發(fā)生機(jī)制分析

2.1 滑坡概況

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分析，該滑坡發(fā)生地點(diǎn)在K26+290～K26+450處，時(shí)間為前期放坡開(kāi)挖以后，此時(shí)隧道基坑尚未施工，整體滑坡區(qū)域的鳥(niǎo)瞰圖如圖2所示，滑移最遠(yuǎn)處位于K26+372處。圖3為滑坡區(qū)域的工程地質(zhì)縱剖面圖，由圖3可見(jiàn)，前期放坡開(kāi)挖主要控制層為1-2及1-2a淤泥質(zhì)軟土層，滑坡區(qū)域整體工程地質(zhì)條件較差。

圖2 滑坡鳥(niǎo)瞰圖

圖3 滑坡區(qū)域地質(zhì)縱剖面圖

因此，本文以K26+372剖面作為分析對(duì)象，探討滑坡發(fā)生的可能機(jī)制與成因?；訃o(hù)結(jié)構(gòu)布置剖面圖如圖4所示，坡頂設(shè)有臨時(shí)圍堰，在邊坡開(kāi)挖前已對(duì)坡頂和坡腳下方土體進(jìn)行固化處理，邊坡處采取粉噴樁加固，從第一道邊坡坡肩開(kāi)始每隔1.6 m布置一排粉噴樁，直至第二道邊坡坡腳，共12排粉噴樁，樁體直徑為500 mm，同時(shí)在隧道基坑側(cè)壁打入一排鉆孔灌注樁，樁體直徑為1 000 mm。以此為基礎(chǔ)通過(guò)FLAC3D軟件構(gòu)建基坑地質(zhì)剖面數(shù)值模型，依據(jù)地質(zhì)勘探結(jié)果將模型土層劃分為9種材料類(lèi)型，設(shè)定模型尺寸為177.4 m×45 m×1 m，共計(jì)有10 003個(gè)單元、20 518個(gè)節(jié)點(diǎn)，建立的基坑地質(zhì)剖面數(shù)值模型如圖5所示。數(shù)值模型中不同顏色代表了不同土層，各土層物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1，支護(hù)樁物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表2。

圖4 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)布置剖面圖

圖5 基坑地質(zhì)剖面數(shù)值模型圖

表1 土層物理力學(xué)參數(shù)

表2 支護(hù)樁物理力學(xué)參數(shù)

2.2 滑坡發(fā)生機(jī)制模擬分析

圖6為基于初始設(shè)計(jì)方案模擬得到的基坑開(kāi)挖邊坡水平位移和塑性區(qū)分布云圖。

圖6 基于初始設(shè)計(jì)方案的基坑開(kāi)挖邊坡水平位移和塑性區(qū)分布云圖

由圖6可見(jiàn)：基坑開(kāi)挖后，由于卸荷作用和邊坡頂部的加載作用，邊坡水平位移由坡頂向坡腳發(fā)展傳遞；由于開(kāi)挖前已對(duì)坡腳土體進(jìn)行固化處理，邊坡水平位移最大處從坡腳向坡體內(nèi)部轉(zhuǎn)移，此時(shí)邊坡水平位移最大值為21.1 mm；邊坡塑性區(qū)僅在坡體內(nèi)部少量發(fā)展，邊坡整體處于穩(wěn)定狀態(tài)。因此，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生的滑坡現(xiàn)象，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)滑坡破壞模式和工程地質(zhì)條件的調(diào)研，推斷認(rèn)為滑坡發(fā)生的原因可能有3種：樁體加固強(qiáng)度不足、樁體加固深度不夠和邊坡頂部超載。

2.2.1 樁體加固強(qiáng)度分析

在巖土工程中由于土體參數(shù)空間分布的不均勻性等因素，會(huì)使得局部區(qū)域土體力學(xué)性質(zhì)過(guò)于軟弱，導(dǎo)致樁體按設(shè)計(jì)進(jìn)行施工時(shí)其加固強(qiáng)度未達(dá)到預(yù)期要求，進(jìn)而引起邊坡失穩(wěn)。因此，為了研究局部樁體加固強(qiáng)度不足對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響，本文從坡腳方向開(kāi)始，由一排樁體加固強(qiáng)度不足逐步向多排樁體加固強(qiáng)度不足考慮，即從側(cè)面說(shuō)明局部土體力學(xué)性質(zhì)過(guò)于軟弱時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致該區(qū)域粉噴樁強(qiáng)度未達(dá)到設(shè)計(jì)值。故在模擬中采取極端工況設(shè)計(jì)，將加固強(qiáng)度不足粉噴樁的強(qiáng)度參數(shù)設(shè)定成周?chē)馏w強(qiáng)度參數(shù)，模擬得到的坡腳樁體加固強(qiáng)度不足時(shí)邊坡水平位移分布云圖，見(jiàn)圖7。

圖7 坡腳樁體加固強(qiáng)度不足時(shí)邊坡水平位移分布云圖

由圖7可見(jiàn)：當(dāng)坡腳一排樁加固強(qiáng)度不足時(shí)，整體邊坡水平位移的影響范圍擴(kuò)大，開(kāi)始向土體內(nèi)部發(fā)展，同時(shí)邊坡水平位移最大值上升為32.8 mm；當(dāng)坡腳兩排樁加固強(qiáng)度不足時(shí)，邊坡水平位移進(jìn)一步增大，其最大值為38.2 mm；當(dāng)坡腳三排樁加固強(qiáng)度不足時(shí)，計(jì)算結(jié)果不收斂，整體邊坡水平位移達(dá)到米級(jí)別，邊坡水平位移最大值出現(xiàn)在坡間與坡頂之間，該值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)基坑規(guī)范允許值，邊坡發(fā)生了滑坡破壞。

另一方面，邊坡塑性區(qū)的擴(kuò)大、貫通也是判斷邊坡失穩(wěn)的依據(jù)之一。模擬得到的坡腳樁體加固強(qiáng)度不足時(shí)邊坡塑性區(qū)分布云圖，見(jiàn)圖8。

圖8 坡腳樁體加固強(qiáng)度不足時(shí)邊坡塑性區(qū)分布云圖

由圖8可見(jiàn)：當(dāng)坡腳一排樁加固強(qiáng)度不足時(shí)，邊坡塑性區(qū)在邊坡內(nèi)部開(kāi)始擴(kuò)大，但影響范圍有限，同時(shí)由于樁體強(qiáng)度不足，坡腳塑性區(qū)開(kāi)始發(fā)育；當(dāng)坡腳兩排樁加固強(qiáng)度不足時(shí)，邊坡塑性區(qū)進(jìn)一步擴(kuò)大，但沒(méi)有貫通，此時(shí)粉噴樁和坡體依舊處于穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)坡腳三排樁加固強(qiáng)度不足時(shí)，此時(shí)邊坡塑性區(qū)從坡頂?shù)狡履_已經(jīng)貫通，根據(jù)屈服單元的分布范圍可以判斷邊坡的潛在滑面，同時(shí)根據(jù)圖9顯示粉噴樁也受到剪切破壞，邊坡處于不穩(wěn)定的狀態(tài)。

圖9 坡腳粉噴樁塑性區(qū)分布云圖

上述模擬結(jié)果表明，導(dǎo)致滑坡發(fā)生的原因很有可能是土體空間分布不均勻，局部土體力學(xué)性質(zhì)過(guò)于軟弱，使得坡腳處粉噴樁按原有設(shè)計(jì)方案施工時(shí)，導(dǎo)致其強(qiáng)度不足，未能達(dá)到預(yù)期要求。

2.2.2 樁體加固深度分析

通過(guò)設(shè)計(jì)方案和現(xiàn)場(chǎng)土層勘察資料發(fā)現(xiàn)，粉噴樁成樁深度為-10.3 m，而在滑坡區(qū)域內(nèi)2-1堅(jiān)固土層頂部深度主要在-9.8～-10.8 m范圍內(nèi)波動(dòng)，說(shuō)明粉噴樁很可能出現(xiàn)沒(méi)有打入2-1土層的情況，進(jìn)而引發(fā)邊坡失穩(wěn)。故考慮到粉噴樁樁底與2-1土層頂部的相對(duì)位置關(guān)系，在模擬中設(shè)定樁體增長(zhǎng)1 m和縮短1 m，模擬得到的樁體增長(zhǎng)1 m和縮短1 m時(shí)邊坡塑性區(qū)分布云圖，見(jiàn)圖10和圖11。

圖10 樁體增長(zhǎng)1 m時(shí)邊坡塑性區(qū)分布云圖

圖11 樁體縮短1 m時(shí)邊坡塑性區(qū)分布云圖

在原有設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上，將粉噴樁向下加深1 m，使其插入2-1土層，防止樁體底部與2-1土層之間出現(xiàn)滑移面，同時(shí)能夠增大加固范圍，提升樁體加固邊坡的性能。由圖10可見(jiàn)，樁體增長(zhǎng)1 m后邊坡塑性區(qū)范圍同初始設(shè)計(jì)方案相比略微減小一些，但沒(méi)有明顯變化，說(shuō)明增加樁長(zhǎng)對(duì)該邊坡整體穩(wěn)定性的影響不大。

將粉噴樁樁長(zhǎng)縮短1 m，模擬實(shí)際工程中樁底沒(méi)有與2-1土層接觸的工況。由圖11可見(jiàn)，此時(shí)整體邊坡內(nèi)部塑性區(qū)范圍明顯擴(kuò)大，樁體底部塑性區(qū)也已經(jīng)貫通，但還沒(méi)有發(fā)展到坡腳土體，說(shuō)明此時(shí)邊坡處于失穩(wěn)破壞前較為極限的狀態(tài)。此外，本次模擬中邊坡產(chǎn)生的最大水平位移值達(dá)到了41.5 mm，已超過(guò)基坑規(guī)范允許值。

從上述模擬結(jié)果可以看出，增加樁體長(zhǎng)度1 m不會(huì)明顯提高邊坡穩(wěn)定性，但如果樁長(zhǎng)減少1 m，即樁體底部如果沒(méi)有與2-1土層接觸，邊坡穩(wěn)定性會(huì)較大幅度降低，瀕臨極限狀態(tài)，加之現(xiàn)場(chǎng)各類(lèi)運(yùn)輸車(chē)輛通行和大型施工設(shè)備的震動(dòng)影響，邊坡易產(chǎn)生失穩(wěn)破壞。因此，如若樁體加固深度不足，同樣可能會(huì)導(dǎo)致滑坡的發(fā)生。

2.2.3 邊坡頂部荷載分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分析，以設(shè)計(jì)單位給出的臨界荷載30 kPa(初始設(shè)計(jì)方案數(shù)據(jù))為基礎(chǔ)，逐步增加邊坡頂部荷載至60 kPa時(shí)，模擬得到的邊坡和粉噴樁塑性區(qū)分布云圖，見(jiàn)圖12。

圖12 邊坡頂部荷載為60 kPa時(shí)邊坡和粉噴樁塑性區(qū)分布云圖

由圖12可見(jiàn)，邊坡頂部與底部出現(xiàn)塑性區(qū)貫通，粉噴樁發(fā)生剪切破壞，出現(xiàn)了潛在滑動(dòng)面。本次模擬中邊坡產(chǎn)生的最大水平位移值為445.6 mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)基坑規(guī)范允許值，表明邊坡已經(jīng)發(fā)生了失穩(wěn)破壞。

但是，在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工車(chē)輛荷載進(jìn)行核查后發(fā)現(xiàn)，車(chē)輛引起的荷載最大值沒(méi)有超過(guò)30 kPa，因此超載不是引起本次邊坡失穩(wěn)破壞的主要原因。

通過(guò)數(shù)值模擬并結(jié)合實(shí)際邊坡破壞模式分析，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)破壞的主要因素為樁體加固強(qiáng)度不足和樁體加固深度不夠，而施工現(xiàn)場(chǎng)邊坡上方的荷載不足以引發(fā)本次滑坡。因此，本次邊坡失穩(wěn)破壞的主要原因?yàn)槭┕し秶鷥?nèi)土體物理力學(xué)參數(shù)和土層深度分布不均，導(dǎo)致樁體加固強(qiáng)度和加固深度不足，最終引發(fā)了滑坡。

3 邊坡加固設(shè)計(jì)優(yōu)化方案

根據(jù)極端工況即坡腳三排樁體加固強(qiáng)度不足和樁體加固深度不足這兩種情況，本文提出了3種邊坡加固設(shè)計(jì)優(yōu)化方案并進(jìn)行了模擬分析。3種優(yōu)化方案分別為在坡腳加入反壓土、坡腳增加排樁和對(duì)坡腳土體進(jìn)行二次加固。

3.1 樁體加固強(qiáng)度不足的優(yōu)化方案設(shè)計(jì)

3.1.1 坡腳加入反壓土

針對(duì)坡腳三排樁體加固強(qiáng)度不足問(wèn)題并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)況，采取在坡腳處增加底邊長(zhǎng)為5 m、高度為2 m、坡比為1∶2尺寸的反壓土方案，反壓土取自前期工程開(kāi)挖的2-1土層，模擬其對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響，模擬結(jié)果見(jiàn)圖13。

圖13 坡腳三排樁體加固強(qiáng)度不足時(shí)坡腳加入反壓土后邊坡塑性區(qū)分布云圖

由圖13可見(jiàn)，當(dāng)坡腳三排樁體加固強(qiáng)度不足時(shí)，計(jì)算結(jié)果不收斂，邊坡已經(jīng)破壞；而在坡腳加入反壓土后，邊坡塑性區(qū)范圍迅速減小，邊坡塑性區(qū)僅在坡體內(nèi)部和坡腳處部分產(chǎn)生，沒(méi)有發(fā)生貫通現(xiàn)象，表明此時(shí)邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。本次模擬中邊坡產(chǎn)生的最大水平位移值為10.8 mm，在基坑規(guī)范允許值以內(nèi)。該模擬結(jié)果表明，在坡腳三排樁體加固強(qiáng)度不足時(shí)坡腳加入反壓土對(duì)邊坡起到了非常明顯的加固效果。

3.1.2 坡腳增加排樁

采取在坡腳部位新增加一排粉噴樁的方案，模擬其對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響，模擬結(jié)果見(jiàn)圖14。

圖14 坡腳三排樁體加固強(qiáng)度不足時(shí)坡腳增加排樁后邊坡塑性區(qū)分布云圖

由圖14可見(jiàn)，在坡腳增加一排樁體后，計(jì)算結(jié)果仍然不收斂，邊坡塑性區(qū)范圍沒(méi)有太大變化，但邊坡塑性區(qū)在坡頂和坡腳之間完全貫通，存在潛在滑面。該模擬結(jié)果表明，在坡腳原本三排樁加固強(qiáng)度不足情況下，多增加一排樁對(duì)邊坡的加固效果不理想。

3.1.3 加固坡腳土體

通過(guò)提高坡腳強(qiáng)度參數(shù)加固土體，即對(duì)施工便道下方4 m土體進(jìn)行二次加固的方案,模擬其對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響，模擬結(jié)果見(jiàn)圖15。

圖15 坡腳三排樁體加固強(qiáng)度不足時(shí)加固坡腳土體后邊坡塑性區(qū)分布云圖

由圖15可見(jiàn)，在坡腳三排樁體加固強(qiáng)度不足時(shí)，進(jìn)一步加固坡腳強(qiáng)度對(duì)邊坡基本沒(méi)有加固的效果，計(jì)算結(jié)果不收斂，邊坡內(nèi)部塑性區(qū)完全貫通。該模擬結(jié)果表明，該方案對(duì)邊坡的加固效果不理想。

3.2 樁體加固深度不夠的優(yōu)化方案設(shè)計(jì)

3.2.1 坡腳加入反壓土

在坡腳加入與3.1.1節(jié)相同規(guī)格的反壓土，模擬其對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響，模擬結(jié)果見(jiàn)圖16。

圖16 坡腳三排樁體加固深度不足時(shí)坡腳加入反壓土后邊坡塑性區(qū)云圖

由圖16可見(jiàn)，加入反壓土后，邊坡塑性區(qū)范圍明顯減小，尤其是坡腳處的塑性區(qū)幾乎完全消失，僅在樁體底部有所分布。在本次模擬中邊坡產(chǎn)生的最大水平位移為2.7 mm，在基坑規(guī)模允許值以內(nèi)。該模擬結(jié)果表明，在坡腳三排樁體加固深度不足時(shí)，在坡腳加入反壓土能起到良好的支護(hù)作用，提高了邊坡的穩(wěn)定性。

3.2.2 坡腳增加排樁

在坡腳處增加一排粉噴樁，模擬其對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響，模擬結(jié)果見(jiàn)圖17。

圖17 坡腳三排樁體加固深度不足時(shí)增加排樁后邊坡塑性區(qū)分布云圖

由圖17可見(jiàn)，坡腳多增加一排樁體后，邊坡塑性區(qū)范圍也迅速縮小，該模擬結(jié)果與坡腳加入反壓土方案的模擬結(jié)果相似，能對(duì)邊坡起到良好的支護(hù)作用。

3.2.3 加固坡腳土體

通過(guò)加固坡腳土體，提高其強(qiáng)度參數(shù)，模擬其對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響，模擬結(jié)果見(jiàn)圖18。

圖18 坡腳三排樁體加固深度不足時(shí)加固坡腳土體后邊坡塑性區(qū)分布云圖

由圖18可見(jiàn)，提高坡腳土體強(qiáng)度參數(shù)后，邊坡塑性區(qū)范圍相比優(yōu)化前明顯減小，表明該方案能對(duì)邊坡起到良好的加固效果。

綜上所述，當(dāng)坡腳處原有樁體加固強(qiáng)度不足時(shí)，額外增設(shè)排樁數(shù)目和進(jìn)一步加固坡腳土體兩種優(yōu)化方案對(duì)邊坡均不能起到應(yīng)有的支護(hù)作用，邊坡仍然會(huì)發(fā)生失穩(wěn)破壞，而在坡腳處加入反壓土后則能明顯減小邊坡的水平位移，同時(shí)邊坡塑性區(qū)范圍也明顯縮小，說(shuō)明在坡腳處加入反壓土的優(yōu)化方案能在該不利工況下起到良好的穩(wěn)定邊坡的效果；當(dāng)樁體加固深度不足時(shí)，3種優(yōu)化方案對(duì)邊坡均能起到較為良好的支護(hù)作用。因此，綜合各優(yōu)化方案比選結(jié)果來(lái)看，在坡腳處加入反壓土對(duì)原邊坡進(jìn)行加固為最適宜方案。

3.3 后續(xù)監(jiān)測(cè)驗(yàn)證

依據(jù)方案比選結(jié)果，施工方對(duì)現(xiàn)場(chǎng)滑坡事故進(jìn)行處理后，采取在坡腳處加入反壓土的優(yōu)化方案對(duì)邊坡進(jìn)行了加固，同時(shí)對(duì)邊坡后續(xù)水平位移的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)位置選取為本次滑坡水平位移最遠(yuǎn)處，即K26+372剖面，其監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖19。

圖19 加固后邊坡水平位移

由圖19可見(jiàn)，邊坡最大水平位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為4.5 mm，約在距坡頂5.5 m處，加固后邊坡整體變形幅度在基坑規(guī)范允許值以內(nèi)，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。本次優(yōu)化模擬數(shù)據(jù)是在樁體加固深度不足工況下得到的，加固后邊坡水平位移監(jiān)測(cè)曲線與模擬曲線擬合良好，邊坡水平位移監(jiān)測(cè)值整體相比于模擬值大1 mm左右，說(shuō)明在坡腳處加入反壓土的優(yōu)化方案能夠?qū)吰缕鸬搅己玫闹ёo(hù)作用。

4 結(jié) 論

本文基于太湖隧道施工過(guò)程中出現(xiàn)的某處滑坡，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)滑坡破壞模式調(diào)查與數(shù)值模擬結(jié)果，探討了各種不利條件下可能出現(xiàn)的滑坡坡壞模式，揭示了滑坡發(fā)生的可能成因，并提出了相應(yīng)的邊坡加固設(shè)計(jì)優(yōu)化方案，得到結(jié)論如下：

(1) 通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)滑坡發(fā)生機(jī)制的調(diào)查研究，提出了3種可能導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)破壞的原因并進(jìn)行了模擬分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)本次滑坡發(fā)生的主要原因可能為土體空間分布不均勻引起局部區(qū)域土體力學(xué)性能較差、土層分布不均，致使樁體按設(shè)計(jì)施工時(shí),加固強(qiáng)度和加固深度未達(dá)到預(yù)期效果。

(2) 針對(duì)邊坡破壞產(chǎn)生的機(jī)制成因，提出了3種改善不利工況的優(yōu)化方案，并分別進(jìn)行了模擬對(duì)比分析。結(jié)果表明：在坡腳加入反壓土可以在樁體加固強(qiáng)度不足時(shí)明顯降低邊坡水平位移，使得邊坡最大水平位移值從不收斂降低至10.8 mm，大大提高了邊坡穩(wěn)定性；在樁體加固深度不足時(shí)，在坡腳加入反壓土?xí)惯吰伦畲笏轿灰浦到档椭?.7 mm，對(duì)邊坡也能起到了良好的加固效果。通過(guò)后續(xù)持續(xù)監(jiān)測(cè)，結(jié)果表明該優(yōu)化設(shè)計(jì)方案對(duì)邊坡的加固效果良好。

(3) 本次研究先確定滑坡破壞模式，再針對(duì)不利工況，擬定優(yōu)化方案，研究成果可以提高軟土深基坑邊坡穩(wěn)定性，減小事故發(fā)生的可能性，對(duì)相似工程具有一定的參考意義和實(shí)用價(jià)值。