某高邊坡支護(hù)工程穩(wěn)定性分析

1、<p>　　某高邊坡支護(hù)工程穩(wěn)定性分析</p><p>　　摘要：高邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全是一個(gè)大家較少研究的問(wèn)題，不合理的設(shè)計(jì)會(huì)帶來(lái)地質(zhì)性災(zāi)害滑坡。本文以某山地建筑的高邊坡支護(hù)穩(wěn)定性為研究對(duì)象，利用數(shù)值分析軟件進(jìn)行有限元計(jì)算，結(jié)果計(jì)算的安全系數(shù)大于規(guī)范與工程安全要求，為類似的工程設(shè)計(jì)提供了參考和依據(jù)。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：高邊坡支護(hù);數(shù)值分析;安全系數(shù);有限元計(jì)算 <

2、;/p><p>　　Abstract: The high slope support structure safety is a less studied problem, the unreasonable design will bring the geological disasters of landslide. This paper takes a mountain building support for

3、high slope stability as the research object, analysis software for FEM numerical calculation, results of safety factor is greater than the specification and engineering safety requirements, to provide reference for simil

4、ar engineering design. </p><p>　　Key words: high slope support; numerical analysis; safety factor; finite element method </p><p>　　中圖分類號(hào)：TU94+2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)： </p><p><b>　　引言 <

5、;/b></p><p>　　在山地做建筑施工會(huì)出現(xiàn)高邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)的基坑工程，這種支護(hù)結(jié)構(gòu)由于既要承擔(dān)基坑開(kāi)挖的土體壓力和邊坡支護(hù)的穩(wěn)定性要求，有著較為復(fù)雜的作用機(jī)理。國(guó)內(nèi)對(duì)此相關(guān)的工程實(shí)例設(shè)計(jì)還不是很充分，常用和傳統(tǒng)的巖土工程設(shè)計(jì)軟件由于不能考慮土和結(jié)構(gòu)的接觸作用，土的應(yīng)力和位移分布也做了很大的簡(jiǎn)化，而有限元數(shù)值分析的軟件的出現(xiàn)為類似的設(shè)計(jì)提供了解決方案的基礎(chǔ)。本文擬采用有限元數(shù)值分析軟件進(jìn)行高邊坡支護(hù)結(jié)

6、構(gòu)的計(jì)算與分析，從而為工程實(shí)際提供幫助和參考。 </p><p><b>　　1.工程設(shè)計(jì) </b></p><p>　　擬建建筑為1棟25層高層住宅，該地段場(chǎng)地標(biāo)高南高北低，南側(cè)高差約為30.85m，北側(cè)高差只有11.0m，故南側(cè)將形成一高度達(dá)到30.85m的高邊坡，并且在邊坡頂部9米左右有一棟6層高的民房（天然基礎(chǔ)）。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和工程要求，我們巖土工程師初步設(shè)計(jì)在基

7、坑底部至12米高采用 1.4m@2m支護(hù)樁并配合預(yù)應(yīng)力錨索做支護(hù)結(jié)構(gòu)，基坑中間12米段采用預(yù)應(yīng)力錨索與噴射混凝土做支護(hù)，在頂部6米段存在一現(xiàn)有擋墻，支護(hù)結(jié)構(gòu)剖面如圖一所示。 </p><p><b>　　圖一 </b></p><p>　　由于基礎(chǔ)的軟件比如理正和啟明星以及GEO-SLOPE無(wú)法處理支護(hù)樁與錨索在一起作用的支護(hù)坡面穩(wěn)定性計(jì)算，而本工程中的剖面的設(shè)計(jì)有必

8、要進(jìn)行抗滑穩(wěn)定性計(jì)算，所以我們采用有限元數(shù)值軟件對(duì)于此種工況進(jìn)行分析。 </p><p><b>　　2.計(jì)算原理 </b></p><p>　　整體穩(wěn)定性驗(yàn)算采用圓弧滑動(dòng)法（瑞典條分法）分析邊坡的穩(wěn)定性。根據(jù)土體極限平衡理論，假定破壞沿土體內(nèi)某一確定的滑裂面滑動(dòng)。依據(jù)滑裂土體的靜力平衡條件和摩爾-庫(kù)倫破壞準(zhǔn)則可以計(jì)算該滑裂面滑動(dòng)的可能性，即安全系數(shù)的大小，然后選取多

9、個(gè)可能的滑動(dòng)面，用同樣方法計(jì)算出穩(wěn)定安全系數(shù)最小的滑動(dòng)面，保證此種情況下土體滑動(dòng)穩(wěn)定性滿足要求。計(jì)算采用水土合算的總應(yīng)力法計(jì)算該圓弧滑動(dòng)穩(wěn)定性。相應(yīng)的土體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)為固結(jié)不排水(快)剪指標(biāo)。同時(shí)在開(kāi)挖之前采取降水和防滲措施，故計(jì)算上不考慮水的滲透壓力。 </p><p>　　整體穩(wěn)定性驗(yàn)算采用有限元強(qiáng)度折減系數(shù)法分析邊坡的穩(wěn)定性。MIDAS/GTS的邊坡穩(wěn)定分析采用了強(qiáng)度折減法，即不斷折減剪切強(qiáng)度(c, φ)值

10、直到不收斂。將不收斂時(shí)的折減系數(shù)作為安全系數(shù)。對(duì)邊坡穩(wěn)定分析非常有效，并可以為現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)提供較為準(zhǔn)確的結(jié)果。 </p><p><b>　　3.數(shù)值計(jì)算 </b></p><p><b>　　3.1模型用軟件 </b></p><p>　　計(jì)算采用的軟件為北京MIDAS公司的大型有限元計(jì)算程序MIDAS/GTS2.5.0版本

11、。 </p><p><b>　　3.2土力學(xué)參數(shù) </b></p><p>　　計(jì)算剖面主要為②2粘土和強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r，所以數(shù)值分析中的取值參考下表 </p><p><b>　　3.3 網(wǎng)格劃分 </b></p><p>　　巖土材料采用高階平面應(yīng)變單元模擬，自由段錨索簡(jiǎn)化為兩端的一對(duì)集中力，內(nèi)錨固

12、段錨索采用梁?jiǎn)卧M。二維模型有限元網(wǎng)格劃分中，為正確模擬錨固體與巖體之間的界面，采用接觸彈簧系統(tǒng)來(lái)描述錨索、砂漿及巖體之間的相互作用關(guān)系。界面材料特性假定為理想彈塑性，采用莫爾－庫(kù)倫準(zhǔn)則作為屈服準(zhǔn)則。每個(gè)錨單元均允許沿軸向產(chǎn)生變形并發(fā)生屈服。錨單元節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)重合，錨單元與平面應(yīng)變單元聯(lián)結(jié)成整體，不產(chǎn)生相對(duì)位移 </p><p>　　3.4 分析條件設(shè)置（邊界與荷載） </p><p>

13、;　　整個(gè)模型固定底部的土體約束與左右兩邊基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)作用影響線以外的土體約束。其中底部約束整個(gè)平面的位移，水平與豎直位移同時(shí)約束，左邊土體與右邊基坑內(nèi)土體約束水平位移。荷載在基坑九米范圍以內(nèi)取20kp均布荷載，9m-31m有六層建筑物，取荷載90kpa均布荷載作用于土體表面。 </p><p><b>　　4.計(jì)算結(jié)果 </b></p><p>　　在本次計(jì)算過(guò)程中

14、最重要的指標(biāo)是安全系數(shù)，觀察計(jì)算結(jié)果圖二，我們可以看到安全系數(shù)為1.8625大于1.3的標(biāo)準(zhǔn)值。滿足規(guī)范與施工要求。 </p><p><b>　　圖二 水平變形 </b></p><p><b>　　5. 結(jié)語(yǔ) </b></p><p>　　該工程邊坡高度比普通基坑放坡高，因此該邊坡工程的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮特殊設(shè)計(jì)，在采用經(jīng)驗(yàn)類

15、比、傳統(tǒng)計(jì)算方法分析的同時(shí)，采用二維數(shù)值模擬進(jìn)行專題論證計(jì)算是必要的。 </p><p>　　本次有限元計(jì)算分析了該工程某剖面二維條件下的穩(wěn)定安全系數(shù)及變形、支擋結(jié)構(gòu)的內(nèi)力。通過(guò)計(jì)算得到如下結(jié)論，供設(shè)計(jì)參考。該剖面控制區(qū)段，計(jì)算表明，二維模型整體的穩(wěn)定安全系數(shù)達(dá)到1.8625。本次計(jì)算還采用理正軟件對(duì)該巖質(zhì)高邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行了分層驗(yàn)算，與有限元二維計(jì)算結(jié)果基本一致。證明該設(shè)計(jì)方案合理可靠。 </p>

16、<p>　　計(jì)算結(jié)果表明，本高邊坡及支擋結(jié)構(gòu)的水平位移和豎向位移均較大，對(duì)于基坑施工控制有較嚴(yán)格要求，施工應(yīng)注意支擋結(jié)構(gòu)的水平和豎向位移以保證基坑工程的安全。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　1.路德春. 土的力學(xué)特性及其描述[D]. 北京工業(yè)大學(xué)巖土工程, 2008 </p><p>　　2.

17、陳曉平 楊光華 楊雪強(qiáng)等.土的本構(gòu)關(guān)系. 中國(guó)水利水電出版社，2011 </p><p>　　3.劉唱曉. 雙排樁支護(hù)在深圳某軟土基坑中的應(yīng)用[J]. 廣東土木與建筑, 2011(2):22-23 </p><p>　　4.李超明. 復(fù)雜條件下軟土基坑支護(hù)的設(shè)計(jì)與施工[J]. 建材與裝飾(中旬刊), 2008(7):35-37 </p><p>　　5.湯明華. 樁