土質(zhì)邊坡錨桿加固優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

時(shí)間:2022-05-29 03:42:09

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土質(zhì)邊坡錨桿加固優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

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。分析過程中地層模型采用摩爾—庫侖模型,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)過程中錨桿長(zhǎng)度無需設(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

通過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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