顧博凱

(遼寧凌河水利電力建設(shè)有限公司，遼寧 朝陽 122000)

0 引 言

隨著國家經(jīng)濟(jì)的不斷升溫，越來越的工程項(xiàng)目應(yīng)運(yùn)而生，H型抗滑樁近年來被大量應(yīng)用于工程實(shí)際中，對(duì)此學(xué)者們也進(jìn)行了大量的研究，李洋等分析矩形、三角形和梯形土壓力作用下h型樁的受力特征，并通過數(shù)值模擬對(duì)H型抗滑樁的受力進(jìn)行了研究，研究結(jié)果表明：應(yīng)當(dāng)結(jié)合不同的土壓力合理設(shè)計(jì)樁的截面形式[1]。許佳佳等利用數(shù)值模擬并結(jié)合樁-土相互作用效果，對(duì)H型抗滑樁進(jìn)行了研究，研究結(jié)果表明：H型抗滑樁的排間距、樁長、樁排距等，應(yīng)當(dāng)結(jié)合不同的樁土性質(zhì)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)[2]。王羽等利用FLAC3D對(duì)H型抗滑樁的受力進(jìn)行了研究，研究結(jié)果表明：不同形狀的H型抗滑樁的受力和彎矩是不同的[3]。李卿分析了H型抗滑樁的應(yīng)用范圍，并通過截面形狀、布樁方式對(duì)H型抗滑的受力進(jìn)行了研究[4]。吳維義以西部某多級(jí)滑坡為例進(jìn)行研究，利用H型抗滑樁對(duì)滑坡進(jìn)行治理，并通過位移、受力對(duì)H型抗滑樁進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：H型抗滑樁達(dá)到了治理滑坡滑動(dòng)的目的[5]。張永杰等結(jié)合H型抗滑樁的阻滑能力，對(duì)其進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，并提出了H型抗滑樁的簡易受力方法，通過工程實(shí)踐可知，此簡化的受力方法能夠應(yīng)用于工程實(shí)際[6]。張永杰等采用錨索+H抗滑樁的支護(hù)方式對(duì)滑坡進(jìn)行治理，并提出了H型抗滑樁的內(nèi)力計(jì)算公式，并通過工程實(shí)踐可知，此計(jì)算方式較為保守，能夠達(dá)到治理滑坡滑動(dòng)的目的[7]。王繼晟等對(duì)比了H型抗滑樁和單樁的受力方面的區(qū)別，對(duì)比結(jié)果表明：H型抗滑樁在剪力和彎矩方面優(yōu)于單樁，但是從工程造價(jià)方面遜于單樁[8]。劉新榮等通過室內(nèi)物理實(shí)驗(yàn)對(duì)H型抗滑樁進(jìn)行了研究，研究結(jié)果表明：不同的錨固深度和樁間距，H型抗滑樁的受力是不同的[9]。柳治國等認(rèn)為對(duì)于H型抗滑樁的設(shè)計(jì)需要結(jié)合滑坡的特點(diǎn)進(jìn)行分析，只有分析清楚了滑坡的受力特點(diǎn)，才能更加優(yōu)化的設(shè)計(jì)H型抗滑樁[10]。

然而以上的研究沒有涉及僅用H型抗滑樁進(jìn)行支護(hù)的情況，針對(duì)此類情況，文章首先進(jìn)行工程地質(zhì)勘察，調(diào)查邊坡區(qū)工程地質(zhì)性質(zhì)，再結(jié)合數(shù)值模擬軟件對(duì)邊坡及其支護(hù)措施進(jìn)行建模，最近通過分析坡體的位移和穩(wěn)定性，對(duì)H型抗滑樁的支護(hù)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1 工程概況

如圖1所示，該邊坡位于山東地區(qū)，邊坡區(qū)域因水利工程建設(shè)的需要，將對(duì)邊坡進(jìn)行坡腳處的開挖，開挖后坡腳處出現(xiàn)了拉裂縫，因此急須對(duì)邊坡進(jìn)行加固，主要研究H型抗滑樁的支護(hù)效果，暫不考慮土拱效應(yīng)的影響。

圖1 未開挖的邊坡

經(jīng)地質(zhì)勘察可知，邊坡主要由風(fēng)化土和硬巖組成(圖2)，巖土體的物理力學(xué)性質(zhì)如表1所示。

2 剩余下滑力的計(jì)算

結(jié)合地質(zhì)勘察的結(jié)果，將邊坡的滑動(dòng)面描述如圖2所示，滑坡推力的計(jì)算按照瑞點(diǎn)條分法開展，將潛在滑動(dòng)面區(qū)域劃分為11個(gè)條塊，計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表1 巖土體物理力學(xué)參數(shù)

圖2 邊坡坡面斷面圖

表2 暴雨工況下的剩余下滑力

由表2可知，第9塊條塊處為坡體的抗滑段，由此可推斷挖掉的坡腳也為抗滑區(qū)域，當(dāng)坡腳被挖掉以后，滑坡推力將明顯增大，再者會(huì)形成一個(gè)剪力口，兩者作用下導(dǎo)致了滑坡的產(chǎn)生。坡腳處經(jīng)計(jì)算后的滑坡推力為3130.7 kN.m-1，此推力數(shù)量較大，一般的抗滑樁阻擋不了此推力，因此選擇H型抗滑樁進(jìn)行支護(hù)。坡面區(qū)域農(nóng)民將種植莊稼或經(jīng)濟(jì)作物，不適宜布置坡面防護(hù)措施。因此僅選擇H弄抗滑樁進(jìn)行支護(hù)，坡面不采取任何防護(hù)措施。

3 數(shù)值模擬

3.1 模型的建立

因MIDAS GTS能夠較好的模擬邊坡受力，因此選擇此數(shù)值模擬軟件對(duì)邊坡進(jìn)行研究。

圖3 邊坡數(shù)值模擬剖面圖

如圖3所示，為保證節(jié)點(diǎn)力傳遞和計(jì)算的有效性，將潛在滑動(dòng)面區(qū)域按照1m進(jìn)行網(wǎng)格劃分，風(fēng)化土的其他區(qū)域按照2.5m進(jìn)行網(wǎng)格劃分，硬巖按照3m進(jìn)行網(wǎng)格劃分。統(tǒng)一選擇混合四面體網(wǎng)格進(jìn)行劃分，同時(shí)保證網(wǎng)格是相互耦合。

風(fēng)化土和硬巖均選擇平面應(yīng)變單元，H型抗滑樁選擇梁單元，H型樁抗滑樁選擇彈性類型，彈性模量為3.2×109kN/m2，泊松比為0.2，數(shù)值模擬共計(jì)12364個(gè)單元、12428年節(jié)點(diǎn)，數(shù)值模擬計(jì)算至邊坡穩(wěn)定時(shí)截止。

3.2 模擬的結(jié)果

3.2.1 邊坡的位移

施加H型抗滑樁以后，邊坡的水平位移和豎向位移如圖4和圖5所示。

圖4 邊坡的水平位移(單位：mm)

由圖4可知，暴雨工況條件下，邊坡的水平位移主要集中于風(fēng)化土區(qū)域，此區(qū)域的最大的水平位移為4mm，僅占整個(gè)巖土體區(qū)域的6.0%，結(jié)合工程要求可知，最大的允許位移為20mm，此水平位移完全控制在合理的范圍內(nèi)，不會(huì)對(duì)邊坡的開挖造成不良的影響。

圖5 邊坡的豎向位移(單位：mm)

由圖5可知，邊坡的豎向位移主要集中于潛在滑動(dòng)面上部區(qū)域和開挖坡腳，與實(shí)際邊坡的監(jiān)測(cè)結(jié)果一致。邊坡的最大的豎向位移為2.6mm，此豎向位移主要集中于風(fēng)化土區(qū)域，且僅占整個(gè)坡體巖土體的4.6%，79%的巖土體的豎向位移不超過2mm，說明施加H型抗滑樁以后，邊坡的豎向位移控制在合理的范圍內(nèi)。

結(jié)合圖4和圖5位移的結(jié)果可知，施加H型抗滑樁以后，邊坡的水平位移和豎向位移最大不超過5mm，遠(yuǎn)小于工程要求的最大的位移值20mm，且超過70%的巖土體的水平位移和豎向位移甚至不超過4mm，說明施加H型抗滑樁治理邊坡滑動(dòng)是合理的，達(dá)到了工程的位移要求。

3.2.2 邊坡的穩(wěn)定性

統(tǒng)計(jì)此地區(qū)近10a來最大暴雨值，將此值代入至數(shù)值模擬中模擬暴雨工況，模擬的結(jié)果如圖6和圖7所示。

圖6 暴雨工況下的邊坡穩(wěn)定性

如圖6所示，在暴雨工工況條件下，邊坡的潛在滑動(dòng)面并沒有形成，滑動(dòng)面僅集中于風(fēng)化巖與硬巖的交界面，此模擬結(jié)果與工程實(shí)際相吻合，一般來說潛在滑動(dòng)面多出現(xiàn)于巖土交界面處，一定程度上也可以說明數(shù)值模擬的潛在滑動(dòng)面是合理的。

此滑動(dòng)面并沒有貫通，剪應(yīng)力區(qū)域主要集中于巖土體交界面，安全系數(shù)為1.53，此安全系數(shù)滿意工程需要。坡腳處并沒有出現(xiàn)應(yīng)力集中，說明了H型抗滑樁將力更多地進(jìn)行了均勻分散，達(dá)到了治理邊坡的目的。

4 結(jié) 論

邊坡在暴雨工況下坡腳發(fā)生了開裂，同時(shí)坡面因?yàn)轫毞N植農(nóng)作物的需要，不能施加坡面防護(hù)措施，因此只能通過施加H型抗滑樁進(jìn)行治理，對(duì)于治理效果進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，研究結(jié)論如下：

1)暴雨工況下邊坡的水平位移和豎向位移均不超過5mm，70%以上的巖土體位移甚至不超過2mm，遠(yuǎn)小于工程允許的位移值，滿意工程穩(wěn)定性的要求，此位移不會(huì)對(duì)邊坡造成不良的影響。

2)暴雨工況下施加完H型抗滑樁以后，邊坡的安全系數(shù)為1.53，邊坡的滑動(dòng)面并沒有貫通，坡腳處沒有發(fā)生應(yīng)力集中的現(xiàn)象，說明了施加完成的邊坡的穩(wěn)定性是滿意工程要求的，說明H型抗滑樁達(dá)到了治理邊坡進(jìn)一步滑動(dòng)的目的。

3)文章可供暴雨工況下邊坡施加H型抗滑樁的治理提供參考，沒有考慮地震工況和存在大量地下水工況下的邊坡治理，此方面的研究有待進(jìn)一步深入。