邊坡加固中抗滑樁布樁位置對(duì)穩(wěn)定性的影響分析,大學(xué)論文

邊坡加固中抗滑樁布樁位置對(duì)穩(wěn)定性的影響分析,大學(xué)論文內(nèi)容摘要：采用ABAQUS建立邊坡降雨計(jì)算模型，用非飽和滲流有限元法結(jié)合折減強(qiáng)度進(jìn)行模擬。對(duì)邊坡降雨經(jīng)過中雨水滲入特點(diǎn)以及抗滑樁加固邊坡布樁位置對(duì)穩(wěn)定性的影響進(jìn)行了分析。結(jié)果表示清楚，考慮降雨滲入作用時(shí)坡腳處穩(wěn)定性差，布樁時(shí)應(yīng)將抗滑樁布置在坡中與坡腳之間。該研究可為多雨地區(qū)抗滑樁加固邊坡提供參考。本文關(guān)鍵詞語：穩(wěn)定性；降雨入滲；邊坡失穩(wěn)；布樁位置；Abstract:UsingABAQUStoestablishasloperainfallcalculationmodel.Theunsaturatedseepagefiniteelementmethodcombinedwithreducedstrengthisusedtosimulate.Analyzetheinfluenceofrainwaterinfiltrationcharacteristicsandanti-slidepilestostrengthentheslopeofthestabilityoftheslopeduringtherainfallprocess.Theresultsshowthatthestabilityoftheslopetoeispoorwhentherainfallinfiltrationisconsidered,andtheanti-slidepilesshouldbearrangedintheslopeandbetweentheslopetoewhenthepilesarearranged.Thisstudycanprovideareferenceforslopereinforcementwithanti-slidepilesinrainyareas.Keyword:stability;rainfallinfiltration;slopeinstability;pilelayout;1概述隨著我們國(guó)家工程建設(shè)大規(guī)模進(jìn)行[1],每年因滑坡導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)上百億[2].我們國(guó)家的西南地區(qū)雨水充沛，雨季經(jīng)常發(fā)生滑坡，對(duì)人民的生命財(cái)產(chǎn)造成宏大威脅[3].大量的滑坡災(zāi)禍表示清楚，高強(qiáng)度的降雨是引發(fā)邊坡滑坡重要因素[4].降雨導(dǎo)致邊坡土體受雨水滲入影響，由非飽和土體向飽和土體轉(zhuǎn)變，土體重度增大、含水率增大導(dǎo)致抗剪強(qiáng)度、粘聚力、內(nèi)摩擦角等均降低致使邊坡發(fā)生不同程度的毀壞[5].因而邊坡中地下水位是怎樣隨降雨動(dòng)態(tài)變化，以及確定邊坡地下水位的分布規(guī)律是邊坡穩(wěn)定性首先應(yīng)該解決的問題。然而，當(dāng)前考慮降雨滲入作用的抗滑樁加固邊坡的穩(wěn)定性研究較少[6,7].基于此，本文以修文縣扎佐城區(qū)龍王村地區(qū)邊坡為例，運(yùn)用ABAQUS軟件模擬邊坡降雨[8],分析在抗滑樁加固邊坡的條件下降雨作用對(duì)邊坡孔隙水壓、水平豎直位移、邊坡穩(wěn)定性等方面的影響，并對(duì)抗滑樁合理的布樁位置給出參考。2工程大概情況2.1邊坡形態(tài)特征修文縣扎佐城區(qū)龍王村安置房，在山體周邊開挖經(jīng)過中會(huì)構(gòu)成總長(zhǎng)約63m、高約0.5m~11.2m的挖方工程邊坡。根據(jù)邊坡勘察報(bào)告，該段邊坡最大切方高度11.29m,由于設(shè)計(jì)變更，邊坡開挖側(cè)移除了排洪溝，最大切方高度為9.8m.邊坡垂直開挖后，邊坡毀壞主要以上覆土層的滑動(dòng)為主，滑動(dòng)面為土層的圓弧滑動(dòng)或者土層沿巖土結(jié)合面方向整體滑動(dòng)，邊坡垂直開挖后處于不穩(wěn)定狀態(tài)。根據(jù)原設(shè)計(jì)方案，邊坡剩余下滑力為688.54kN,穩(wěn)定性系數(shù)為0.74.該工程位于貴州省，每年4月~9月雨水充沛且降雨量大。經(jīng)計(jì)算，開挖后未采取支護(hù)時(shí)，邊坡的穩(wěn)定系數(shù)為0.79.2.2滑坡物質(zhì)構(gòu)造及土體參數(shù)根據(jù)邊坡中體特征及實(shí)地地形及勘探結(jié)果可知，邊坡物質(zhì)自上而下主要?jiǎng)澐譃榈谒南蹈餐?、第四系黏土和灰?guī)r。華而不實(shí)，第四系耕植土呈灰褐色，主要成分為黏土，構(gòu)造松懈且含植物根系，厚度在0.2m~0.7m之間，平均厚度0.5m;第四系黏土顏色呈褐黃色，主要礦物成分為石英及云母，夾小顆粒砂石，土質(zhì)均勻。根據(jù)勘察報(bào)告并參考了附近同類地區(qū)滑坡的分析數(shù)據(jù)進(jìn)行工程類比。經(jīng)綜合分析后，確定c,，值，取值結(jié)果見表1.表1龍王村巖土計(jì)算參數(shù)統(tǒng)計(jì)表3數(shù)值模擬及結(jié)果分析3.1計(jì)算模型及土體參數(shù)結(jié)合工程實(shí)例采用非飽和滲流有限元法結(jié)合折減強(qiáng)度進(jìn)行模擬[8].根據(jù)修文縣扎佐城區(qū)龍王村邊坡設(shè)計(jì)并確定參數(shù)取值，邊坡坡度為1∶1.5,坡高為30m,抗滑樁相對(duì)坡腳距離分別為6m,12m,18m,24m,樁徑D=1m,抗滑樁嵌固于基巖中。邊坡土體材料為可塑黏土，抗滑樁材料為鋼筋混凝土。在降雨條件下分別對(duì)不同降雨工況，不同布樁位置情況下的抗滑樁邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析。華而不實(shí)AE面處于水面處，毛孔細(xì)水壓力為0,不考慮抗滑樁的透水性[9].3.2降雨工況及布樁位置根據(jù)當(dāng)?shù)氐乃馁Y料，選取四種降雨工況，詳細(xì)工況如表2所示。文章分析4種工況對(duì)邊坡穩(wěn)定的影響，以及不同布樁方式在降雨情況下對(duì)邊坡的加固作用，布樁方式如此圖1所示。表2降雨工況3.3模擬結(jié)果分析在降雨入滲作用下，邊坡上的地表水轉(zhuǎn)化成地下水后對(duì)邊坡應(yīng)力場(chǎng)和土體強(qiáng)度產(chǎn)生影響最終影響邊坡的穩(wěn)定?？紤]降雨入滲情況下邊坡的毀壞機(jī)理與不考慮降雨的毀壞機(jī)理有一定區(qū)別，布樁時(shí)需要充分考慮降雨對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響，避免不必要人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。3.3.1孔壓分布降雨開場(chǎng)后，邊坡坡體內(nèi)部孔隙水壓力發(fā)展及分布發(fā)生明顯變化，圖2為降雨24h孔隙水壓力分布云圖，降雨條件下邊坡滲流變化明顯。根據(jù)降雨強(qiáng)度幅值曲線，前24h隨著時(shí)間變化降雨量逐步增大，雨水滲入使得坡頂下面非飽和土的含水率增高，孔壓逐步增大，導(dǎo)致基質(zhì)吸力下降，土體的抗剪強(qiáng)度降低，同時(shí)導(dǎo)致非飽和土產(chǎn)生因基質(zhì)吸力變化而產(chǎn)生的應(yīng)變，最終產(chǎn)生由于土體基質(zhì)吸力弱化的位移量。一部分雨水沿坡體外表流動(dòng)，在較短的時(shí)間內(nèi)難以從坡體排除，導(dǎo)致邊坡土體含水量及自重加大，引起的下滑力增大。3.3.2流速矢量降雨由地表水轉(zhuǎn)化為地下水，對(duì)于松懈的透水質(zhì)邊坡，會(huì)在土體內(nèi)部構(gòu)成較大的動(dòng)水壓力和浮力，大大增加了邊坡的下滑力、減小了抗剪強(qiáng)度。流速矢量圖能夠清楚明晰的反映降雨經(jīng)過中土體內(nèi)部水流下滲現(xiàn)象。水的力學(xué)作用會(huì)對(duì)邊坡產(chǎn)生較大的毀壞影響。圖3為降雨24h和72h時(shí)刻的流速矢量圖。可知在降雨經(jīng)過中，降雨前期坡頂?shù)慕涤耆霛B速度最快，坡腳較快，坡中最淺。降雨后期，降雨量減小，坡腳的流速最快，坡體內(nèi)部雨水充分滲入，土體含水率高流速矢量較大。不管樁位與降雨工況，流速矢量均在坡腳處最大，講明坡腳處的水力梯度最大，這對(duì)坡腳的穩(wěn)定極為不利。3.3.3水平位移降雨導(dǎo)致邊坡潛在滑動(dòng)面的土體受水浸潤(rùn)后發(fā)生軟化、泥化作用，使得土體的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)、內(nèi)摩擦角、粘聚力等均迅速減小。直接改變邊坡土體的應(yīng)力狀態(tài)，這是降雨導(dǎo)致邊坡毀壞的主要觸發(fā)因素。根據(jù)降雨條件下抗滑樁加固邊坡的水平方向增量云圖可大致了解邊坡滑動(dòng)變形趨勢(shì)。圖4為降雨24h和72h邊坡水平位移云圖。由圖4可看出，抗滑樁附近土體水平位移有明顯的降低，降雨經(jīng)過中坡體向臨空面產(chǎn)生浸透力作用，降雨結(jié)束后最大水平位移發(fā)生在坡腳處。降雨對(duì)坡腳處的穩(wěn)定產(chǎn)生極為不利的影響，在考慮降雨滲流條件下，應(yīng)將抗滑樁布置在坡腳與坡中之間更好的發(fā)揮加固作用。3.3.4安全系數(shù)通過比照四種降雨工況，分別從降雨的強(qiáng)度，降雨時(shí)長(zhǎng)和滲入強(qiáng)度三方面來分析降雨方式不同對(duì)邊坡穩(wěn)定性產(chǎn)生的影響。比照工況1和工況4,發(fā)現(xiàn)降雨強(qiáng)度增大1倍，穩(wěn)定性降低并且抗滑樁距坡腳越遠(yuǎn)，安全系數(shù)減低率越大。比照工況1和工況3,滲入強(qiáng)度大土體進(jìn)入飽和狀態(tài)的速度加快，降雨初期雨水均勻滲入淺層土體中，當(dāng)土體到達(dá)飽和后更多的積水滲入邊坡的安全系數(shù)下降加快。工況3滲入速度小，邊坡外表的臨時(shí)積水多，下滲速度較慢，邊坡整體穩(wěn)定性較好?？够瑯对谶吰律系牟贾梦恢眉敖涤旯r對(duì)邊坡的穩(wěn)定性產(chǎn)生直接的影響，圖5為4種工況下各樁位對(duì)應(yīng)的邊坡安全系數(shù)變化曲線圖。通過模型計(jì)算，發(fā)現(xiàn)當(dāng)抗滑樁布置在距坡腳12m處邊坡安全系數(shù)最大。所以當(dāng)考慮降雨滲入作用時(shí)，坡腳具有較高的水利梯度，布置抗滑樁時(shí)應(yīng)在較正常樁位更靠近坡腳處。結(jié)合各時(shí)刻邊坡水平豎直位移云圖及4種降雨工況下安全系數(shù)的變化，降雨強(qiáng)度對(duì)邊坡整體的安全系數(shù)不利影響較大；降雨滲入強(qiáng)度的增加對(duì)坡頂和整體的豎向位移產(chǎn)生不利影響；降雨量到達(dá)一定程度后，降雨時(shí)長(zhǎng)對(duì)安全系數(shù)影響較小。4結(jié)束語1〕在降雨經(jīng)過中，降雨前期坡頂?shù)臐B流速度最快，坡中部雨水滲入最慢，沉降主要發(fā)生在淺層坡處；降雨后期，由于浸透充分坡體土體含水率較高，坡體內(nèi)部滲流速度較快，沉降量較大。2〕降雨條件下，坡腳處具有較高的水利梯度且產(chǎn)生的向臨空面位移最大，坡腳處穩(wěn)定性差。在布置抗滑樁時(shí)要兼顧坡腳處土體的穩(wěn)定性，文中的模型布樁位置距坡腳12m處時(shí)邊坡的安全系數(shù)最大。3〕其他條件一樣時(shí)，降雨強(qiáng)度對(duì)邊坡整體的安全系數(shù)的影響較大；降雨滲入強(qiáng)度的增加對(duì)坡頂和邊坡整體的豎向位移影響較大。以下為參考文獻(xiàn)[1]李寧，劉冠麟，許建聰，等。降雨條件下抗滑樁邊坡三維穩(wěn)定性分析[J].中國(guó)地質(zhì)災(zāi)禍與防治學(xué)報(bào)，2021,29〔3〕：38-46.[2]李寧，許建聰。基于場(chǎng)變量的邊坡穩(wěn)定分析有限元強(qiáng)度折減法[J].巖土力學(xué)，2020,33〔1〕：314-318.[3]付建新，譚玉葉，宋衛(wèi)東?？紤]二維降雨入滲的非飽和土邊坡穩(wěn)定性分析[J].東北大學(xué)學(xué)報(bào)〔自然科學(xué)版〕，2020,35〔11〕：1646-1649.[4]吳李泉，張鋒，凌賢長(zhǎng)，等。強(qiáng)降雨條件下浙江武義平頭村山體高邊坡穩(wěn)定性分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2018,28〔6〕：1193-1199.[5]雷文杰，鄭穎人，馮夏庭?；轮卫碇锌够瑯稑段环治鯷J].巖土力學(xué)，2006〔6〕：950-954.[6]年廷凱，徐海洋，劉紅帥?？够瑯都庸踢吰氯S數(shù)值分析中的幾個(gè)問題[J].巖土力學(xué)，202