杜家沟顺层岩质边坡加固方法的分析

蒋小权

摘要：本文以杜家沟1号顺层岩质深路堑边坡为研究背景，该边坡自然状况下稳定系数为0.93，稳定性差。因此，提出了“抗滑桩与锚杆加固”“重力式抗滑挡土墙与锚杆加固”“挡土墙、抗滑桩与锚杆联合加固”三种加固方法，并采用FLAC3D对不同的加固方法进行了模拟分析。经过分案对比分析，“重力式抗滑挡土墙与锚杆加固”方案效果最优，可以保证边坡的长期稳定。

关键词：顺层岩质边坡；FLAC3D模拟；加固方案对比

Analysis of Reinforcement Method for DUJIAGOU Bedding Rock Slope

Jiang-Xiao quan

Guangxi Communications Design Group， Nanning 530029

Abstract： Based on the research background of DUJIAGOU No.1 bedding rock deep cutting slope， the stability coefficient of the slope under natural condition is 0.93， and the stability is poor. Therefore， three reinforcement methods are put forward： "anti slide pile and bolt reinforcement"， "gravity anti slide retaining wall and bolt reinforcement"，"retaining wall， anti slide pile and bolt joint reinforcement". FLAC3Dis used to simulate and analyze different reinforcement methods. After the comparative analysis of different cases， the scheme of "gravity anti slide retaining wall and bolt reinforcement" has the best effect， which can ensure the long-term stability of the slope.

Key words： bedding rock slope；FLAC3Dsimulation；comparison of reinforcement schemes

我國是一个滑坡多发的国家，在滑坡地质灾害中，顺层滑坡发生的概率最大。顺层滑坡的发生产生巨大的经济损失，甚至造成人员伤亡[1，4]。本文以杜家沟1号顺层岩质边坡为例，在分析了该边坡的稳定性后，提出了不同的加固措施，并采用FLAC3D模拟软件对其进行了模拟分析，提出最终的加固方案。

1.研究区工程地质条件及稳定性分析

1.1研究区工程地质条件

杜家沟1号顺层岩质边坡位于湖北省竹山县城关镇杜家沟村境内，路堑从顺层岩质边坡底部通过。边坡平均宽约为130m，纵向长约200m，顺层岩质边坡体潜在滑体的面积约18850m2，体积约113000m3，属中小型滑坡。研究区的地层岩性主要为古生界志留系绢云母片岩，岩层产状15°～35°∠25°～40°，地层产状总体与山坡呈顺向坡，航片显示岩层倾角小于顺层岩质边坡坡角，因此发生大规模岩层顺层岩质边坡的可能性较大。该顺层边坡因修建高速公路，开挖边坡前缘，又因暴雨天气，边坡的后缘产生明显的拉裂隙，危及边坡的稳定性。

1.2边坡稳定性分析

运用FLAC3D对边坡进行建模分析，分析可得：边坡开挖以后，如果不对边坡进行加固，边坡将沿着潜在滑动面滑动，边坡的前缘变形较大，达到4.42m，边坡已经发生滑动，后缘产生拉裂缝，实际勘察中边坡后缘确实产生了拉裂缝，如果后期发生降水、振动等原因弱化潜在滑面的强度，造成滑面的进一步贯通，将会加速滑坡的滑移。同时，采用FLAC3D自带的极限平衡法计算出边坡的稳定系数，结果为0.93，稳定性极差，急需治理。

2.边坡模型的建立

2.1模型建立

本论文采用AUTOCAD、ANSYS、FLAC3D多种应用软件，建立模型。首先，在AUTOCAD中勾画整个模型的构造轮廓和计算范围，确定关键点的坐标和位置；接着通过转换程序将CAD图导入ANSYS软件中，并建立三维模型，按照要求最终生成网格；最后，通过第三方软件将ANSYS模型中的节点和单元信息文件生成FLAC3D的脚本文件，然后导入FLAC3D中，并在FLAC3D中建立物理模型[2，5]，图1为边坡开挖前原地貌模型，图2为杜家沟顺层岩质边坡模型。三维计算模型的约束条件为：上表面不采取约束（即自由边界）；底面采取3个方向的位移约束（固定约束）；其余4个边界面均为单向位移约束边界。

2.2模型参数的选取

通过各种勘察手段（钻孔、取样、原位测试）、室内试验以及参考同类型顺层岩质边坡物理力学参数，结合区域经验值，提出模型建立时顺层岩质边坡主要物理力学的基本值。

①滑体土重度

滑体重度：根据室内测试滑体强风化绢云母片岩天然重度取22.0 KN/m3，饱和重度22.5 KN/m3，碎石土的天然重度取19.6 KN/m3，饱和重度取20.1KN/m3。

②滑带土抗剪强度参数

该滑坡体发生过一次滑坡位移，滑带土主要为强风化绢云母片岩，平均值（天然状态下C=14.5KPa、φ=9.0°，饱和状态下C=12KPa、φ=8°。

3.边坡加固数值模拟

为了防止边坡在开挖过程中，坡面发生较大位移，在对顺层岩质边坡进行削方放坡时，用锚杆对边坡进行加固，改善剪应力的分布状况，防止开挖过程中边坡发生滑坡和崩塌[3]。在FLAC3D中锚杆采用cables单元，间距为2m，布置了6排，边坡底部布置1排锚杆加固位置如图3所示。

3.1抗滑桩与锚杆加固

根据现场抗滑桩的加固位置进行布置，桩长24m，嵌固段长6m，采用pile单元，共设8根抗滑桩，间距为8m，桩径为2.0m×5.0m，桩身采用C30混凝土。

抗滑桩与锚杆共同加固后的边坡纵向位移云图如图4所示，边坡最大纵向位移发生在边坡的抗滑桩加固部位，最大值为309.03mm，说明了抗滑桩在边坡下滑时起到了加固作用。抗滑桩与锚杆共同加固后的边坡水平位移最大值发生在抗滑桩加固的下方，最大值为388.47mm，说明了抗滑桩下面的边坡体还是会发生较大的水平位移，抗滑桩能够很好地加固抗滑桩上部的边坡体，对抗滑桩下部边坡加固效果较差，如图4所示。经计算边坡的稳定性系数为1.23<1.3，稳定性不好，需要加强加固防护。

3.2重力式抗滑挡土墙与锚杆加固

在坡脚边设置重力式挡墙，墙高8m，宽3m，采用shell单元进行模拟，墙身采用C30混凝土浇筑，密度为23KN/m3，弹性模量为25×109Pa，泊松比为0.2。

由图5所示，重力式抗滑挡土墙与锚杆联合加固后的纵向位移最大值为58.34mm，位于坡顶；坡顶处的水平位移最大，最大为71.33mm。挡土墙与锚杆联合加固能进一步控制变形的发生，且边坡的变形主要集中在边坡的坡顶，通过采取一些坡面的防护，减小边坡对公路的影响。从位移云图对比可知，挡土墙与锚杆联合加固后的治理效果明显比抗滑桩与锚杆联合加固的效果好。此时计算出边坡的稳定性系数为2，稳定性好，能够保证边坡的长期稳定性。

3.3挡土墙、抗滑桩与锚杆联合加固

为了更好地保证边坡的稳定性，采用挡土墙、抗滑桩与锚杆联合对边坡进行加固，布置和上述一致，计算后的位移云图如下所示。

挡土墙、抗滑桩与锚杆联合加固后，边坡的纵向位移最大值为104.24mm，位于边坡抗滑桩的位置，与挡土墙与锚杆联合加固相比，纵向位移由坡顶转移到抗滑桩的位置，导致抗滑桩处纵向位移增大，但是坡脚处的纵向位移较小，（见图6）；挡土墙、抗滑桩与锚杆联合加固后，边坡的水平位移最大值为69.75mm，其值位于抗滑桩处，坡脚处的水平位移较小，说明挡土墙、抗滑桩与锚杆联合加固对控制坡脚处的位移比挡土墙与锚桿联合加固效果好。此时计算出边坡的稳定性系数为2.08，稳定性好，能够保证边坡的长期稳定性。

4.不同加固方式比较分析

为了防止边坡在开挖过程中出现滑坡和崩塌，分级开挖时，在一定部位布置锚杆，特别破碎的地方可以采取注浆加固。经过数值软件模拟可知，采用抗滑桩和锚杆对边坡进行联合加固时，边坡最大纵向位移发生在边坡的抗滑桩加固部位，最大值为309.03mm，说明了抗滑桩在边坡下滑时起到了加固作用。抗滑桩与锚杆共同加固后的边坡水平位移最大值发生在抗滑桩加固的下方，最大值为388.47mm，说明了抗滑桩下面的边坡体还会发生较大的水平位移，抗滑桩能够很好地加固抗滑桩上部的边坡体，对抗滑桩下部边坡加固效果较差；经计算边坡的稳定性系数为1.23，边坡的稳定性差，此加固方案不合适，需改变边坡加固方案。

采用重力式抗滑挡土墙与锚杆对边坡进行联合加固，边坡的变形得到控制，重力式抗滑挡土墙与锚杆联合加固后的纵向位移最大值为58.34mm，位于坡顶；由挡土墙与锚杆联合加固后的水平位移所知，坡顶处的水平位移最大，最大为71.33mm。挡土墙与锚杆联合加固能进一步控制变形的发生，且边坡的变形主要集中在边坡的坡顶，通过采取一些坡面的防护，能够减小边坡对公路的影响。从位移云图对比可知，挡土墙与锚杆联合加固后的治理效果明显比抗滑桩与锚杆联合加固的效果好；经计算此时边坡的稳定性系数为2.0，边坡稳定性好，而且变形不大，故采取重力式抗滑挡土墙与锚杆的加固方式可以预防边坡发生较大滑动。

为了避免施工阶段发生滑坡和崩塌，保证边坡的长期稳定性，采取挡土墙、抗滑桩和锚杆对边坡进行联合加固，经数值模拟发现，与采取重力式抗滑挡土墙和锚杆的加固方案相比，边坡变形并没有发生太大的变化，稳定性系数相差也不大。故从稳定性上看，采取挡土墙、抗滑桩和锚杆的联合加固方案与重力式抗滑挡土墙和锚杆的联合加固方案相比差别不大；从经济上看，采取重力式抗滑挡土墙与锚杆联合加固的方案更加经济。

综上所述，杜家沟顺层岩质边坡在加固方面，采取重力式抗滑挡土墙与锚杆联合加固的方案，能够保证边坡的长期稳定性。

5.结论

本文以杜家沟1号顺层岩质深路堑边坡为研究背景，在该边坡稳定性不符合要求的情况下，提出了“抗滑桩与锚杆加固”“重力式抗滑挡土墙与锚杆加固”“挡土墙、抗滑桩与锚杆联合加固”三种加固方法，并采用FLAC3D对不同的加固方法进行了模拟分析，对比分析得出下列结论：

（1）抗滑桩与锚杆加固；经过加固后，纵向位移最大值为309.03mm，水平向位移最大值为388.47mm。加固后边坡的稳定性系数为1.23<1.3，稳定性不好，需要加强加固防护。

（2）重力式抗滑挡土墙与锚杆加固：经过加固后，纵向位移最大值为58.34mm，位于坡顶，水平向位移最大值为71.33mm，位于坡顶。加固后边坡的稳定性系数为2，稳定性较好，能够保证边坡的长期稳定性。

（3）挡土墙、抗滑桩与锚杆联合加固：边坡的纵向位移最大值为104.24mm，位于边坡抗滑桩的位置，边坡的水平位移最大值为69.75mm，位于抗滑桩处。加固后边坡的稳定性系数为2.08，稳定性好，能够保证边坡的长期稳定性。

（4）经过技术、经济比较后，该顺层边坡，采用重力式抗滑挡土墙与锚杆联合加固可以达到最优效果，能够保证边坡的长期稳定性。

参考文献：

[1]殷跃平.中国典型滑坡：中英文[M].中国大地出版社， 2007.

[2]邹宗兴，唐辉明，熊承仁等.大型顺层岩质滑坡渐进破坏地质力学模型与稳定性分析[J].岩石力学与工程学报， 2012（11）： 2222-2231.

[3]曾坚.顺层岩质边坡开挖模型试验及加固方案研究[D].长沙理工大学， 2013.

[4]黄历.山区高速公路顺层岩质边坡的稳定性评价与研究[D].武汉理工大学， 2014.

[5]段永伟，胡修文，吁燃，卢阳.顺层岩质边坡稳定性极限平衡分析方法比较研究[J].长江科学院院报， 2013， 30（12）：65-68+73.