土钉布置方式对边坡稳定性的影响研究

朱志广，罗世毅，秦秋文

(广西交通科学研究院，广西　南宁　530007)



土钉布置方式对边坡稳定性的影响研究

朱志广，罗世毅，秦秋文

(广西交通科学研究院，广西南宁530007)

朱志广(1988—)，硕士研究生，主要从事地质工程专业；

罗世毅(1975—)，硕士，主要从事地质灾害勘察、设计、评估等工作；

秦秋文(1986—)，主要从事地质工程专业工作。

摘要：文章采用极限平衡法分析不同的边坡坡度与土钉最佳倾角的关系，并讨论了土钉长度的布置方式，分析得出土钉长度合理的布置方式，对于工程实践具有一定的指导意义。

关键词：土钉倾角；土钉长度；边坡；稳定性；影响

0引言

土钉支护技术是20世纪70年代发展起来的一种地基边坡轻型结构加固技术，它利用原位加筋技术弥补土体抗拉、抗剪强度低的缺陷，通过面层结构及土钉群对土体的嵌固作用，制约边坡土体变形，使边坡达到变形。多年的工程实践证明：土钉支护技术具有安全可靠、工程造价低、施工简便和应用广泛等特点，在具有一定粘性的砂土、粉土及粘性土的边坡加固中，加固效果较显著。

虽然土钉支护技术在国内外得到广泛的应用，但是土钉支护技术还存在许多难以解决的问题，例如土钉支护结构的变形，土钉倾角与坡度之间的关系、土钉的布置形式及最佳土钉间距的确定等。本文从极限平衡分析方法以及工程实践经验研究土钉的倾角以及布置长度方式对边坡稳定性的影响。

1土钉最佳倾角分析

不同的学者对土钉倾角的设置有不同的看法，文献(1)认为：土钉设置的倾斜度应逐层增加向下倾角较好，这样有利于较大发挥土钉强度的作用；文献(2)认为：土钉的倾角在10°~20°对边坡稳定性最有利，倾角过大或过小都不利于边坡稳定性。

笔者通过大量计算总结出土钉的最佳倾角与边坡的坡度是有关系的，不同的边坡坡度，土钉的最佳倾角不同，本文建立一个计算模型，通过设置不同的边坡坡度以及土钉倾角进行组合，其余的参数不变，进行稳定性分析，得出边坡的稳定性系数。计算模型如下：边坡高10 m，设置4层土钉，每层土钉长8 m，土层采用单一土层，岩土参数：重度γ=19kN/m3；C=20 kPa；φ=15°，土钉锚固体与土钉极限摩阻力标准值Qsk=60 kPa。具体模型如图1所示。

选取不同的边坡坡度以及不同的土钉倾角采用瑞典条分法对边坡进行稳定性分析，计算结果见表1。

图1　土钉支护计算模型图

坡度不同倾角的稳定系数0°5°10°12°15°18°20°25°30°35°土钉最佳倾角45°1.1571.1791.2041.2121.2291.2441.2541.2761.2801.27630°50°1.1171.1441.1741.1851.2031.2191.2281.2321.2311.21825°55°1.0881.1221.1511.1621.1791.1881.1891.1871.1741.15520°60°1.0681.0981.1281.1381.1431.1461.1451.1311.111.08918°65°1.0451.0761.0961.0991.1031.0971.0921.071.0471.02515°70°1.0211.0411.0551.0561.0511.0411.0321.0070.9810.95812°

根据表1的数据绘制出边坡稳定系数与土钉倾角的关系图以及边坡坡度与土钉最佳倾角关系图，具体见图2~3。

由图2可知，边坡的稳定系数随着土钉倾角先增大后减小的趋势，曲线的极值点为土钉最佳倾角点。由图3可知，土钉的最佳倾角随着边坡坡度的增加而减小。因此，在工程实践中，对于坡度较缓的边坡，应适当增加土钉的倾角，对于坡度较陡的边坡，应适当减小土钉的倾角，但要保证土钉的灌浆饱满度，这样使得土钉可以更好的发挥自身的锚固作用。

图2　边坡稳定系数与土钉倾角的关系图

图3　边坡坡度与土钉最佳倾角的关系图

2土钉长度的布置分析

土钉长度布置的方式有以下几种方式：(1)等长布置形式；(2)上长下短布置形式；(3)中间长两边短布置形式；(4)上短下长布置形式。各种布置形式如下页图4所示。

目前，关于研究土钉长度的布置方式的文献不是很多，文献(2)指出：“土钉设置是上长下短还是上短下长，应视土层情况和对位移要求而定。上短下长，土钉总用量较小，而上长下短有利于减小坡顶的水平位移”；文献(3)认为：土钉长度采用上长下短布置是合理的。

笔者采用极限平衡法计算得出土钉采用上短下长的布置形式，边坡的稳定系数最大，但是笔者认为采用上短下长的布置形式不是很合理，因为下部土钉过长，土钉超出滑裂面的长度也较长，这样土钉不能充分发挥自身的锚固作用。笔者认为，“土钉中间长两边短，并加密上下两边土钉的密度”这样的布置形式是比较合理的，具体原因如下：(1)边坡上部土体一般力学性质较差，土钉不能很好地提供锚固力，土钉长度可根据滑裂面的位置来确定土钉的长度即可，但由于上部土体比较松散，应适当加密土钉的密度；(2)边坡中部土体力学性质一般较好，可以加长土钉，这样可以使土钉充分发挥锚固作用；(3)边坡下部，滑裂面距离坡面长度较短，土钉长度应减小，但由于坡脚应力比较集中，应加密土钉的密度。

(1)土钉等长布置形式图

(2)土钉上长下短布置形式图

(3)土钉中间长两边段布置形式图

(4)土钉上短下长布置形式图

3结语

(1)边坡的稳定系数随着土钉倾角先增大后减小，土钉的最佳倾角随着边坡坡度的增加而减小，在工程实践中，对于坡度较缓的边坡，应适当增加土钉的倾角，对于坡度较陡的边坡，应适当减小土钉的倾角。

(2)土钉长度的合理布置方式为：土钉中间长两边短，并加密上下两边土钉的密度。

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Research on the Impact of Soil-nail Layout on Slope Stability

ZHU Zhi-guang，LUO Shi-yi，QIN Qiu-wen

(Guangxi Transportation Research Institute，Nanning，Guangxi，530007)

Abstract：By using the limit equilibrium method，this article analyzed the relationship between different slope gradient and optimal soil nail inclination，and discussed the arrangement method of soil nail length，and ob-tained the reasonable layout method of soil nail length，with certain significance for engineering practices.

Keywords：Soil nail inclination； Soil nail length； Slope； Stability； Impact

收稿日期：2015-04-04

文章编号：1673-4874(2015)05-0016-03

中图分类号：U416.1+4

文献标识码：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2015.05.005

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