土質(zhì)邊坡錨桿加固優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

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摘要:以某高陡挖方土質(zhì)邊坡工程為背景，基于FLAC3D軟件，分析了錨桿長(zhǎng)度、間距、傾角等參數(shù)對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響，并探討了錨桿的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，給出了該邊坡的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，從而滿(mǎn)足邊坡加固經(jīng)濟(jì)性與安全性的要求。

關(guān)鍵詞:錨桿，邊坡，穩(wěn)定性，安全系數(shù)

錨桿技術(shù)是土質(zhì)高邊坡治理中常見(jiàn)的加固手段［1，2］。錨桿設(shè)計(jì)能夠隨坡就勢(shì)、與坡面緊密貼合、布置靈活、無(wú)需額外的占地面積、施工方便快捷、經(jīng)濟(jì)安全，而且錨桿支護(hù)的邊坡可以在坡面上植草綠化，美化環(huán)境，保護(hù)生態(tài)［3］。因此，錨桿支護(hù)在邊坡加固處理中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。錨桿設(shè)計(jì)中，涉及到錨桿長(zhǎng)度、間距、傾角等諸多參數(shù)［4，5］。設(shè)計(jì)合理的參數(shù)，可以在確保安全的前提下，進(jìn)一步提高錨桿支護(hù)的經(jīng)濟(jì)性。本文以某高陡挖方土質(zhì)邊坡為工程背景，基于FLAC3D分析了錨桿長(zhǎng)度、間距、傾角等參數(shù)對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響，探討了錨桿優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法，并給出了該邊坡的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

1工程背景

某小區(qū)東側(cè)為高陡土質(zhì)挖方邊坡。該邊坡距離最近的住宅樓約14m，高約15m，邊坡坡度約為1∶0．8。該邊坡地層情況如表1所示。為保證住宅樓的安全，擬采用錨桿系統(tǒng)對(duì)該邊坡進(jìn)行加固治理。

2加固前邊坡穩(wěn)定性分析

錨桿設(shè)計(jì)前，先采用FLAC3D有限差分軟件對(duì)該邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行了數(shù)值模擬分析。分析過(guò)程中地層模型采用摩爾—庫(kù)侖模型，采用自編的強(qiáng)度折減法進(jìn)行穩(wěn)定性分析。摩爾—庫(kù)侖模型中重度、內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角參數(shù)參照表1中的數(shù)據(jù)，其余參數(shù)選取如下:體積模量1．2e8Pa，剪切模量4e7Pa，抗拉強(qiáng)度1e6Pa。FLAC3D計(jì)算得到的邊坡穩(wěn)定系數(shù)為1．08，剪應(yīng)變?cè)隽吭茍D及速度矢量圖如圖1所示。計(jì)算結(jié)果說(shuō)明該邊坡處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)，若遇持續(xù)降雨等擾動(dòng)狀態(tài)，可能會(huì)發(fā)生滑移。因此，需進(jìn)行加固處理。根據(jù)剪應(yīng)變?cè)隽吭茍D，可以推斷出危險(xiǎn)滑移面的位置。

3錨桿優(yōu)化設(shè)計(jì)

采用錨桿對(duì)該邊坡進(jìn)行加固，首先根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范選取數(shù)組錨桿垂直間距、錨桿傾角以及錨桿長(zhǎng)度的可行組合，分別采用FLAC3D進(jìn)行數(shù)值分析，力求找到較優(yōu)的加固設(shè)計(jì)方案。數(shù)值模擬中，地層模型仍選用摩爾—庫(kù)侖模型，錨桿采用結(jié)構(gòu)單元進(jìn)行模擬。3．1錨桿垂直間距對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響設(shè)計(jì)錨桿傾角為20°，上下錨桿長(zhǎng)度分別為12m或8m，錨桿垂直間距分別為2．5m，3m和3．5m進(jìn)行數(shù)值模擬，間距不同時(shí)錨固體應(yīng)力分布如圖2所示。）間距2.5mb）間距3mc）間距3.5ma圖2間距不同時(shí)錨固體應(yīng)力分布圖2．5m，3m，3．5m三種間距加固情況下，邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)分別為:2．6，2．1，1．7。根據(jù)CECS22:2005巖土錨桿(索)技術(shù)規(guī)程，當(dāng)永久性邊坡穩(wěn)定性危害較大但不致出現(xiàn)公共安全問(wèn)題時(shí)，安全系數(shù)應(yīng)大于2。因此，此三種情況下，認(rèn)為間距3m為較優(yōu)選擇。通過(guò)對(duì)三種間距下情況對(duì)比分析還可以得出如下結(jié)論:上部錨桿受力較小，主要是中下部錨桿受力;錨桿長(zhǎng)度設(shè)置太長(zhǎng)時(shí)，錨固體所起的錨固作用有限，因此錨桿長(zhǎng)度可適當(dāng)減小。3．2錨桿傾角對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響a）傾角15°圖3傾角不同時(shí)錨桿軸力分布圖b）傾角20°c）傾角25°根據(jù)3．1研究結(jié)果，錨桿垂直間距設(shè)計(jì)為3m，最下面一排錨桿長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為6m，其余錨桿長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為10m，錨桿傾角分別為15°，20°，25°進(jìn)行數(shù)值模擬。傾角不同時(shí)錨桿軸力分布如圖3所示。15°，20°，25°三種間距加固情況下，邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)分別為:2．1，2．0，1．8。傾角越大，安全系數(shù)減小。查詢(xún)軸力最大值可知，三種情況下15°，軸力最大值最小。因此認(rèn)為錨桿傾角較小時(shí)，加固效果較優(yōu)。但錨桿傾角不能太小，否則影響水泥砂的灌注。3．3錨桿長(zhǎng)度對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響根據(jù)錨桿傾角為15°，垂直間距設(shè)計(jì)為3m時(shí)，兩種不同的錨桿長(zhǎng)度模擬結(jié)論可以看出:兩者的安全系數(shù)相等;錨桿長(zhǎng)度設(shè)置太長(zhǎng)時(shí)，錨固體所起的錨固作用有限，因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中錨桿長(zhǎng)度無(wú)需設(shè)置太長(zhǎng)，其起到的加固作用有限，但經(jīng)濟(jì)成本會(huì)增加。

4結(jié)語(yǔ)

通過(guò)FLAC3D強(qiáng)度折減法分析，未加固邊坡處于臨滑狀態(tài)。對(duì)錨桿加固邊坡進(jìn)行數(shù)值模擬，通過(guò)對(duì)比分析，認(rèn)為較優(yōu)的設(shè)計(jì)方案為:錨桿傾角為15°，垂直間距設(shè)計(jì)為3m，最下面一排錨桿長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為6m，其余錨桿長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為10m。該設(shè)計(jì)方案下，加固后邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)為2．1，滿(mǎn)足規(guī)范要求，能同時(shí)兼顧安全性和經(jīng)濟(jì)性。

作者:王剛 單位:湖南輝達(dá)規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限公司

參考文獻(xiàn):

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［3］陳道遠(yuǎn)．錨桿格構(gòu)梁在土質(zhì)邊坡支護(hù)工程中的應(yīng)用［J］．四川建材，2008，34(3):227-228，231．

［4］陳峰，陳銀生．有限元法在邊坡錨桿優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［J］．資源環(huán)境與工程，2009，23(S1):161-163．

［5］夏偉，馮光樂(lè)，王雪剛．蒙特卡洛法在邊坡錨桿優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［J］．公路，2001(6):73-76．