基于极限平衡法的某边坡稳定性分析与抗滑桩支护

冯 炜，张菊锋

(核工业湖州勘测规划设计研究院股份有限公司, 浙江湖州 313000)

抗滑桩具有抗滑能力强、布置灵活、施工技术简单等特点，因此，被广泛应用于边坡支护中。

目前关于边坡地稳定性分析和抗滑桩支护效果研究主要有两种方法，其一采用极限平衡法计算边坡地稳定性，并对抗滑效果进行研究，该方法对安全系数的定义较为简单，应用较为广泛，如韦秀东、李家平、张友良、刘波等采用极限平衡法对抗滑桩地支护效果进行了研究，并说明了不同的抗滑桩桩位、桩长、桩间距对支护效果影响很大。其二是有限元数值模拟法，该方法可以直观地反映边坡的位移和应力状态，能够真实地反映边坡的破坏，单恒年、陶熹等专家学者都采用该方法对抗滑桩的支护效果进行了研究。

总结前人研究可知，目前极限平衡法应用较为广泛，且认可度较高，本文通过对某公路高边坡采用极限平衡法进行稳定性分析，并研究抗滑桩对该边坡支护效果的影响，以期为抗滑桩工程设计提供参考。

1 工程概况

狮子山滑坡地质灾害点位于湖州市德清县武康街道狮子山西北侧山坡。研究区整体属于构造剥蚀低丘陵，整体地势西北低东南高，坡脚处为丘陵区向坡洪积平原过渡地带，坡洪积平原高程为+4～+5m之间，整体地势较为平缓，无明显起伏变化，平原区为居民聚集区。

根据钻孔资料显示，勘查区域内主要地层包括白垩系下统黄尖组(K1h)青灰色、肉红色晶屑凝灰岩、第四系上更新统坡洪积层(dl-plQ3)含碎砾石粉质黏土、第四系残坡积(el-dlQ)含碎石粉质黏土和第四系全新统人工填土(mlQ4)矿渣。滑坡沿着全风化凝灰岩夹层滑动。

根据狮子山主滑坡面的工程地质剖面图建立计算模型。首先利用CAD绘制狮子山主滑坡面的边坡剖面，然后划分土层面域，保存为dxf导入相应的软件中，模型图如图1所示。各地层的计算参数如表1所示。

2 计算结果分析

图1 狮子山滑坡剖面(单位:m)

表1 岩土体计算参数

2.1 稳定性分析

选用Bishop法、Janbu法、Spencer法以及M-P法等几种方法对天然、暴雨工况下的边坡稳定性进行计算。

2.1.1 天然工况

对狮子山滑坡在天然工况下的安全系数(FOS)进行计算，计算结果见图2～图5。

图2 Bishop计算结果(FOS=1.389)

图3 Janbu计算结果(FOS=1.389)

图4 Spencer计算结果(FOS=1.411)

图5 M-P计算结果(FOS=1.398)

由图2～图5可知，在天然工况下，四种方法计算的安全系数分别为1.389、1.328、1.411、1.398，几种方法计算的安全系数较接近，由建筑边坡规范可知，边坡处于稳定状态。

2.1.2 暴雨工况

对狮子山滑坡在天然工况下的稳定性进行计算，计算结果见图6～图9。

图6 Bishop计算结果(FOS=1.389)

图7 Janbu计算结果(FOS=1.389)

图8 Spencer计算结果(FOS=1.411)

图9 M-P计算结果(FOS=1.398)

由图6～图9可知，采用Bishop法、Janbu法、Spencer法以及M-P法四种方法的边坡稳定性系数分别为1.068，1.021，1.085和1.075，几种方法下边坡稳定性系数数值接近这个结果与在天然工况下的各种方法所取得边坡稳定性系数相似。

2.2 抗滑桩支护分析

根据现场勘察和上文计算结果可知，该滑坡在暴雨工况下将会发生滑动，因此，需采取相应的支护措施，本文选用抗滑桩对滑坡进行支护。初步将桩长取值为18m进行边坡稳定性分析，桩的横截面积为1m×1m，桩间距为5m，抗滑桩材料为C30钢筋混凝土。

2.2.1 桩位的影响

分别选取3个桩的埋设位置，通过计算分析确定最佳桩位(图10～图12)。

图10 ①号桩位计算结果

图11 ②号桩位计算结果

图12 ③号桩位计算结果

由图10～图12可知，随着桩位向滑坡中部移动，狮子山滑坡的安全系数逐渐增大。即③号桩位是最优桩位，在此处设桩有利于滑坡的支护。

2.2.2 桩长的影响

将桩位固定在③号，选取七组不同桩长的抗滑桩:18m、20m、22m、24m、26m、28m、30m抗滑桩的其他桩参数保持不变，研究桩长对抗滑效果的影响。不同桩长下滑坡的安全系数计算结果见图13。

图13 不同桩长下滑坡的安全系数

由图13可知，在一定桩长范围内，随着抗滑桩长度的增加，滑坡的安全系数越大，当桩长达到26m时，随着桩长的增加，狮子山滑坡的安全系数几乎不发生改变，抗滑桩的增长收益不明显。

2.2.3 桩间距的影响

将桩位固定在③号，桩长设置为26m，计算不同桩间距(3m、4m、5m、6m、7m、8m)下滑坡的安全系数，抗滑桩的其他桩参数保持不变，研究桩长对抗滑效果的影响。不同桩间距下滑坡的安全系数计算结果见图14。

图14 不同桩间距下滑坡安全系数

3 结论

本文主要探讨了狮子山滑坡在天然、暴雨工况下滑坡的稳定性，并分析了不同的桩位、桩长和桩间距下抗滑桩的支护效果。主要结论如下：

(1)狮子山滑坡在天然工况下处于稳定状态，暴雨工况下处于欠稳定状态。

(2)③号桩位时计算的安全系数最大，该处是狮子山滑坡抗滑桩埋设的最优桩位。

(3)在一定桩长范围内，随着抗滑桩长度的增加，滑坡的安全系数越大，狮子山滑坡的最优桩长位26m。

(4)一定桩间距范围内，随着抗滑桩转间距的增加，滑坡的安全系数越小，当间距较小时，安全系数减小较慢，间距较大时，安全系数减小较快。狮子山滑坡的最优桩间距位6m。