含地裂缝岩质边坡采用微型钢管桩加固效果分析

余 丽，扶名福，2，张 田，涂 斌

(1.南昌大学建筑工程学院，江西南昌 330031;2.南昌工程学院，江西 南昌 330029;3.华东交通大学 理工学院土建分院，江西南昌 330100)

在实际工程中由于建设需要，不可避免地要对岩土体进行开挖，出现了大量边坡稳定性问题，对边坡进行稳定性分析及评价，并采取有效的加固整治措施，是岩土工程研究的主要内容之一［1-6］。

影响边坡稳定的因素众多，诸如降雨、地震、新建建筑基础的开挖等。岩质边坡的稳定性评价方法主要有三种:传递系数法、数值分析法、强度折减法。

传递系数法［7-8］假定条块间的力与上一土条的底面平行，然后根据力的平衡条件逐条向下推求至最后一条块的推力为零。该方法没有考虑力矩的平衡，计算出的结果不够准确，但因计算简便仍被广泛采用。随着计算机技术的发展，离散化的数值计算方法得到广泛应用，诸如:有限元法、离散元法、边界元法、拉格朗日差分法等。强度折减法可以通过有限元分析直接得到安全系数，改变了之前有限元分析时无法直接评价边坡的稳定性，而要通过边坡的塑性区、应力场和位移场等来间接地评价，或利用有限元计算出的应力分布使用极限平衡分析法计算得出安全系数。强度折减法不仅保持了有限元在模拟复杂问题上的优点，而且概念明确、结果直观，在工程中得到了越来越多的应用。强度折减法计算分析软件ABAQUS，可以采用精确的本构关系，具有一定优越性，故适用范围很广。

为了考查这些因素对边坡稳定性的影响，本文以井冈山某边坡为例，对微型钢管桩加固后的边坡采用ABAQUS软件进行了稳定性计算，并就边坡稳定的影响因素进行了分析。

1 工程概况

根据拟建建筑物的建设需要，对部分山体进行开挖。场地位于丘陵区，开挖后将形成陡立边坡。考虑到拟建建筑物距离坡脚很近，如边坡出现失稳，将威胁到拟建建筑物的安全，因此，本边坡工程的安全等级划分为一级，需要对边坡进行加固。

本工程场地上部主要为泥盆系变质岩，岩性主要为千枚岩，局部夹泥，强度较低，岩层产状125°∠15°，岩石风化强烈，呈碎块状，结构松散，多为泥质充填。上覆残坡积粉质黏土，呈可塑状。场区内岩性自上而下分别为第四系人工填土(Qml4)及第四系上更新统残坡积层(Qdel3)，下伏基岩为泥盆系变质岩。地层参数如表1所示。

2 岩质边坡加固

在开挖施工过程中，在拟建建筑物的东北侧发现3条地裂缝。为确保工程施工安全，考虑到东侧及东北侧为自然边坡，东侧及东北侧边坡坡脚均有住宅楼存在，且东侧边坡多处坡体曾发生崩塌，基坑距离建筑物很近，且施工场地受到限制，故选用施工方法简单并且占地较小的微型钢管桩对该地裂缝进行了加固。

表1 地层参数

3 加固效果分析

利用 ABAQUS软件建立计算模型［9-10］。根据施工现场情况，模型的计算参数如表2所示。

表2 计算模型参数

3.1 工程场地初始状态与加固后计算结果

整个计算过程分两步进行。首先施加重力获得边坡的初始应力场，然后对边坡不断进行强度折减，直至计算不收敛。工程场地初始情况下，在天然状态时，当强度折减系数为1.30时计算不收敛。天然状态下坡角水平位移随折减系数的变化曲线见图1(a)。从图上可以看出，当折减系数等于1.26时，水平位移曲线出现转折，因此，如果以位移出现转折作为判据，天然状态下边坡的稳定系数为1.26。

为了增强边坡的整体稳定性，在修建建筑物之前对地裂缝进行了加固处理，首先对地裂缝进行灌浆，使地基保持整体性，然后在地裂缝的周围进行微型钢管桩加固。加固后，当强度折减系数为1.323时计算不收敛。图1(b)给出了加固后坡角水平位移随折减系数变化曲线，可以看出，当折减系数等于1.308时，水平位移曲线出现转折，因此，初始状态下边坡的稳定系数为1.308。

在修建建筑物之前，对地裂缝进行加固，加固后坡角水平位移减小，稳定系数增大。

图2给出了相应的塑性区分布图。可以看出，加固后层理间岩体形成了连续塑性区。

3.2 降雨后场地初始状态与加固后计算结果

图1 水平位移随稳定系数变化曲线

图2 塑性应变示意

在天然状态下，当场地降雨后，岩体和岩体间层理面的强度会降低，从而引起边坡的稳定性降低。工程场地初始情况下，在发生降雨后，强度折减系数为1.039时计算不收敛，降雨后边坡的稳定系数为1.028。

对地裂缝加固处理，在发生降雨后，当强度折减系数为1.132时计算不收敛，降雨后边坡的稳定系数为1.123。

在降雨工况下，对地裂缝进行加固后坡角水平位移减小，稳定系数增大。层理间岩体形成了连续塑性区，且塑性区的范围较天然状态下要大。

3.3 建筑物修建后计算结果

修建建筑物时，工程场地已经加固，在天然状态下，当强度折减系数为1.119时计算不收敛。图3给出了天然状态下坡角水平位移随折减系数的变化曲线，可以看出，水平位移曲线转折点不是很明显，因此，以计算不收敛时的折减系数1.119作为边坡的稳定系数，此时层理间岩体形成了连续塑性区。

图3 建筑物修建后水平位移随折减系数变化曲线

建筑物修建之后，在发生降雨时，强度折减系数为1.03时计算不收敛。当折减系数等于1.011时，水平位移曲线出现明显转折，即降雨后边坡的稳定系数为1.011。此时层理间岩体形成了连续塑性区。

3.4 地震影响分析

工程所在地区的地震设防烈度为6度，为安全起见，本次评价考虑了地震对场地稳定性的影响。参考相关边坡设计规范，计算中水平地震加速度取0.1g。考虑地震影响后，当强度折减系数为1.108时计算不收敛。图4给出了考虑地震影响后，场地坡角水平位移随强度折减系数变化曲线，可以看出，修建建筑物之前边坡的稳定系数为1.089。此时层理间岩体形成了连续塑性区。

当地震发生在建筑物修建之后时，强度折减系数为1.014时计算不收敛，边坡的稳定系数为1.010。此时层理间岩体形成了连续塑性区。

图4 考虑地震影响场地水平位移随折减系数变化曲线(建筑物修建前)

4 结论

运用ABAQUS软件进行数值模拟分析，计算结果表明工程场地在各种工况下的稳定系数都＞1，说明场地整体稳定。在天然状态下，特别是在降雨后，场地的稳定系数较低，当采用微型钢管桩加固处理后，场地的稳定系数增大，说明加固方案对增强场地边坡的稳定性具有一定效果。建筑物修建后，场地边坡的稳定性降低，但总体上仍保持稳定。考虑地震作用后，场地边坡的稳定性降低，但总体保持稳定。

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