受锚边坡的稳定性分析

周 军，邓厦清，张佳顺

（湖南城建职业技术学院，湖南 湘潭 411104）

岩土锚固作为边坡工程最有效地加固与防护措施之一，对边坡结构的扰动小，还能约束结构的形变，且施工速度快，适用、安全、经济等优点。鉴于此文中按照现场踏勘、材料力学参数的室内外实验及工程数据额处理、边坡滑动失效模式，把锚固结构和边坡土体作为整体来进行加锚稳定性地研究，同时考虑两者相互作用的受锚边坡地有限差分分析，获得应力、位移、塑性区的时效特征，最后通过常用的岩土工程计算程序，得到锚杆加固边坡的工程设计结果，验证了该方法的有效性和一致性。

1 基坑边坡破坏模式

组成岩土边坡的建筑材料主要是天然岩土体，其在工程实践中被广泛应用。许多室内外试验和工程实例证明，土体多的材料具有高渗透性、时变性、抗剪强度低和高敏感性强等显著特点，在土体工程施工过程中很容易产生压剪破坏，因此降低给土坡的变形突变、位移流动和塑性区的扩展与贯通是土质边坡加固的最为主要内容。结合土体变形特点和土坡介质材料的变形特性，边坡结构在全局滑动失稳中主要发生了以下五个变化阶段。

1.1 土体蠕动形变阶段

该阶段是边坡滑动的初始阶段，该过程中边坡土体的变形速度进展很缓慢，不影响边坡的稳定性破坏，但是该过程也说明了边坡土体的滑动模式，及进一步变形的滑动趋势，为边坡工程的设计和加固综合处理能提供大量的前期准备。因此分析土体的蠕动变形，确定土体的蠕变模型也是在该阶段合理的得出，这是进行弹性，粘弹性蠕变分析初始参数的原始资料，对工程分析是很关键的。

1.2 整体挤压剪切阶段

当边坡结构潜在滑体的位移继续扩展时，会在坡体内的不同范围出现大量的成核塑性区，在位移和应力进一步调整，该塑性区会贯通，甚至出现从坡顶到坡脚的剪切挤压趋势，这是土体变形破坏的前兆。这样，在土体位移的继续过程中，由于潜在滑动区域应力集中，使得坡体内部塑性区的进一步发展，从坡脚向坡体内的进一步扩展，导致塑性区的贯通，导致由坡顶往坡底的滑动范围出现，在边坡结构潜在滑体范围的位移达到限定的允许值时，边坡失稳。

1.3 全局破坏极限阶段和加速变形阶段

当变形继续扩展过程中，边坡的变形会进一步发展，这样应力和变形会继续调整，边坡浅层的土体已完全发生了剪切破坏，根据滑坡的模式和滑坡种类结论可以看到，从浅层区域的破坏，继续会从不同程度上出现整体破坏的破坏趋势，一旦变形超过允许的位移，就会产生加速破坏，是与破坏时间密切相关的，也是边坡最终产生失稳的关键因素所在。

在边坡潜在滑体滑动破坏以后，坡体结构的应力和塑性区进行重新调整，于是边坡的滑体材料逐渐堆积在坡脚和边坡中下部，于是边坡土体的滑动位移受到制约，加上坡体土体材料本身的重力影响下，已剪切滑动的土体结构即将达到压密而保证稳定情况，可是坡体土体的结构在外载荷作用下仍会保持变形，导致边坡土体结构的塑性区进一步扩展，贯通而破坏，即边坡工程始终介于在稳定-滑动-再稳定的交替变化发展中，以上五个阶段的具体模式如图1所示。

图1 土质边坡滑坡变形阶段

从图1可看到，在边坡蠕滑阶段，边坡结构的变形主要表现在坡顶局部位置，呈下沉趋势，而在边坡中下部变形却非常小；在挤压阶段，边坡顶部出现了拉伸浅裂隙，变形范围逐渐变大，并在坡肩局部位置出现了水平位移，但是边坡中下部的变形仍然比较小；在滑动阶段，坡顶拉伸裂隙进一步向下延伸，土体出现了剪切破坏，水平位移和垂直位移明显，但是在坡脚位置却没有贯通的剪切裂缝存在；在剧滑阶段，坡顶剪切裂缝进一步向坡脚延伸，甚至出现了从坡顶到坡脚贯通的优势剪切裂缝，边坡中下部也出现了不同程度的垂直位移和水平位移，边坡已产生失稳破坏；当潜在的滑体经滑动破坏后，然后堆积在坡脚位置，这又阻止了边坡的进一步滑动而使边坡又处于稳定状态。

2 基坑蠕变的对应性原理

岩土边坡工程中，线性蠕变本构求解的完全解答过程主要展现：首先根据边坡变形的特点，总结滑动模式，根据滑动模式来选定蠕变模型，通常蠕变模型是借用该力学知识，往往选取经典的原件模型，为便于文中研究具有针对性，一般还是采用元件模型来进行蠕变分析，这样对工程结构的位移监测是很关键的，否则对蠕变参数是难以进行准确辨识的。

对于弹性粘弹性对应性原理也是一样，在静力平衡分析中，要考虑体积力的影响，因为受锚边坡的外部荷载主要是土体和锚固材料的重量对蠕变效应的影响。在几何方程的推导中，仍然是根据小变形假设，应变计算是关于对时间的倒数，考虑的对称问题，可进行下标的交换处理。在本构方程中，主要是分析应力与应变的关系，边坡工程是一个典型的多维分析问题，文中的本构方程是基于三维方程来推导的。

平衡方程：

几何方程：

式中：K为土体的体积弹性模量，Ti为土体材料边界面的面积力，Sij和eij分别为土体材料的应力σij和应变εij的偏张量分量，Fi为土体结构的体积力，主要为土体的自重应力，G为土体材料的剪切弹性模量。

本构方程：