浸水对边坡支护的影响及FLAC 3D数值模拟分析

安宏科

（陕西铁路工程职业技术学院，陕西 渭南 714000）

浸水对边坡支护的影响及FLAC 3D数值模拟分析

安宏科

（陕西铁路工程职业技术学院，陕西 渭南 714000）

为揭示浸水对基坑边坡支护稳定性的影响，本文分别对比不同土钉间距、土钉长度、入射角度、边坡坡度等情况下边坡浸水前后的稳定性变化，并根据土体强度浸水折减原理建立FLAC 3D数值模拟分析浸水后边坡稳定性的变化，结果发现砂土及粘土层发生受力破坏，进一步证明了浸水给边坡支护稳定性带来的危害。本文可以为基坑边坡支护设计及施工提供借鉴。

基坑支护；稳定性；浸水；数值模拟

近年来，随着我国经济的快速发展，基础设施建设也一直保持强势劲头，无疑在保证工程建设质量的同时其安全问题成为关键所在［1］。深基坑的开挖经常出现坍塌等质量及安全事故，基坑支护方法及其边坡稳定性是基坑工程的核心所在［2］。水损害是工程中一直存在的安全隐患，但在基坑边坡工程中浸水对其支护效果的影响未得到全面分析，全面分析浸水对边坡支护工程的影响是解决水损害的前提［3］。因此，本文在多年工程实践经验的基础上，重点分析浸水前后边坡稳定性的变化，并采用FLAC 3D软件数值模拟浸水情况下边坡失稳，为深基坑边坡支护的设计及施工提供借鉴。

1 浸水前后基坑边坡稳定性分析

本文依托理正基坑计算软件，针对工程实例，研究浸水前后基坑边坡稳定性变化，通过改变不同土钉间距、土钉长度、入射角度、边坡坡度等参数，分别计算基坑边坡的稳定性安全系数。各种土类的土层参数见表1。

浸水条件下，砂性土层内摩擦角ψ变化较小，对土体整体强度影响也较小，因此在此处不做细致研究。随着坡体增湿含水量增大，其抗剪强度随含水量的逐渐增大而连续降低，对浸水条件该工程土体粘聚力c值进行简化计算，计算结果见表2。

表2 浸水条件下不同土层的c值折减值

表1 土层参数

1.1 不同土钉间距下浸水前后基坑边坡稳定性的变化

选取不同土钉间距1.2～1.7m，土钉长度取9m，入射角度取10°，边坡坡度取75°，计算得到基坑边坡稳定性安全系数如表3所示。

表3 不同土钉间距下稳定性安全系数表

由表3计算结果可知，随着土钉间距的增大，浸水前后基坑边坡稳定系数均逐渐减小；其中间距为1.2m时，浸水后边坡稳定性降低约10%。因此，合理设置土钉间距及保证无浸水状态是维护边坡稳定的重要环节。

1.2 不同土钉长度下浸水前后基坑边坡稳定性的变化

选取不同土钉长度8.0～12.0m，土钉间距取1.5m，其他条件不变，计算得到基坑边坡稳定性安全系数如表4所示。

表4 不同土钉长度下稳定性安全系数表

由表4计算结果可知，土钉越长，边坡稳定性越好，相同长度下边坡浸水后其稳定性会有不同程度降低，降低值约为10%。

1.3 不同土钉入射角度下浸水前后基坑边坡稳定性的变化

选取不同土钉入射角度8.0°～12.0°，土钉间距取1.5m，长度取9m，其他条件不变，计算得到基坑边坡稳定性安全系数如表5所示。

由表5计算结果可知，合理设置土钉射入角也是保证土钉支护边坡施工质量的关键环节，过大和过小的射入角都不合适，土钉射入角10度时边坡稳定性较好，浸水后稳定性降低约10%～25%。

表5 不同土钉入射角度下稳定性安全系数表

1.4 不同边坡坡度下浸水前后基坑边坡稳定性的变化

选取不同边坡坡度71.0°～75.0°，土钉间距取1.5m，长度取9m，入射角度取10°，其他条件不变，计算得到基坑边坡稳定性安全系数如表6所示。

表6 不同土边坡坡度下稳定性安全系数表

表6计算结果显示，边坡的放坡坡度是支护施工中的关键环节，过陡的边坡无法保证施工安全，合理设置放坡可以有效缓解浸水对边坡稳定性的影响，合理边坡坡度为71°，但总体趋势是浸水后边坡稳定性大幅度降低。

总结可知，基坑的稳定性随土钉间距的增大和边坡坡度的增大而减小，合理土钉入射角为10°，基坑的稳定性安全系数随着土钉长度的增加而不断增大。浸水条件下与无浸水条件下的计算结果进行对比分析发现，相同条件下的安全系数都有大幅度降低。合理的土钉间距为1.2m，合理土钉入射角度为10°，合理边坡坡度为71°，基坑的稳定性安全系数随着土钉长度的增加而不断增大，实际工程中应采取其他基坑加固方案进行配合支护。

2 浸水下基坑边坡稳定性的数值模拟分析

依照基坑开挖施工设计方案，边坡依照实际案例进行土层划分，坡脚仰角为79°，各层土按现场实际情况安装土钉及锚杆。为保证计算准确，减少误差，坡底基坑宽度选定为10.0m，底层粘性土层厚度取4.4m。具体建模参数简图如图1所示。

图1 土层及锚杆基本简图

根据现场施工资料显示，位于基坑西南侧坡体土方开挖-10.27～-7.37m内出现塌方事故，初步原因是由于地层渗水导致土体强度降低，造成抗力不足诱发塌方。因此借助FLAC 3D，利用“二分法”，引用强度折减原理对坡体稳定进行分析计算。

根据浸水后土体强度折减原理，建立FLAC 3D基坑边坡支护模型，根据发生坍塌部位，结合地层分布图可知，破坏范围主要集中在（-10.27～-7.37m）的砂土层，因此在本层进行强度折减计算，相应地层应力变化如图2所示。对砂土层和粉质粘土层的强度指标参数c、ψ进行不同程度折减，分析土层的破坏情况。当折减系数k= 1.992时，折减后砂土层ψ´=11.09°，粉质黏土层c= 12.04kPa，ψ´=11.9°时，-10.27～-7.37m内砂土层与粉质粘土均发生破坏，受力见图3。进一步证明浸水后基坑边坡支护稳定性大大减小，因此边坡无浸水状态是保证边坡稳定性的关键施工环节。

3 结论

基坑的稳定性随土钉间距的增大和边坡坡度的增大而减小，随土钉长度的增加不断增大，土钉射入角度也需合理设计。浸水条件下安全系数大幅度降低。合理的土钉间距为1.2m，合理土钉入射角度为10°，合理边坡坡度为71°，实际工程中应基坑边坡无浸水状态。

图2 砂土层强度折减基坑支护模型受力图

图3 两层土层强度折减基坑支护模型受力图

［1］袁有艺.建筑施工安全管理存在的问题及对策研究［J］.山西建筑，2016（1）：249-251.

［2］高峰.土钉支护技术在临近铁路深基坑中的应用［J］.铁道建筑，2016（4）：87-91.

［3］钟世鸣.深基坑支护施工技术在建筑工程中的应用分析［J］.江西建材，2015（3）：79.

Influence of Flooding on Slope Support and FLAC 3D Numerical Simulation Analysis

An Hongke
（Shaanxi Railway Institute，Weinan Shaanxi 714000）

In order to reveal the influence of immersion on the stability of foundation pit slope support,this paper compared the stability of slope before and after flooding with different soil nail spacing,soil nail length,incident angle and slope slope.According to soil strength and water cut reduction principle,FLAC 3D numerical simulation was established to analyze the change of slope stability after soaking,the results showed that the stability of the slope and the clay layer was damaged,it further proved the harm of water soaking to slope support stability.This paper can provide reference for the design and construction of foundation pit slope support.

foundation pit support；stability；flooding；numerical simulation

TU43

A

1003-5168（2017）05-0092-03

2017-04-06

陕西铁路工程职业技术学院基金项目“黄土地区预应力锚杆与土钉联合支护深基坑稳定性研究”（KY2015-41）。

安宏科（1982-），男，硕士，讲师，研究方向：土建方面的教学研究。