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邊坡加固中抗滑樁布樁位置對穩定性的影響分析

來源:山西建筑 作者:魏巍
發布于:2021-04-26 共3747字

  摘要学术论文代写,学术论文翻译,英文学术写作:采用ABAQUS建立邊坡降雨計算模型,用非飽和滲流有限元法結合折減強度進行模擬。對邊坡降雨過程中雨水滲入特點及抗滑樁加固邊坡布樁位置對穩定性的影響進行了分析。結果表明,考慮降雨滲入作用時坡腳處穩定性差,布樁時應將抗滑樁布置在坡中與坡腳之間。該研究可為多雨地區抗滑樁加固邊坡提供參考。

  關鍵詞:穩定性; 降雨入滲; 邊坡失穩; 布樁位置;

学术论文代写,学术论文翻译,英文学术写作   Abstract:Using ABAQUS to establish a slope rainfall calculation model. The unsaturated seepage finite element method combined with reduced strength is used to simulate. Analyze the influence of rainwater infiltration characteristics and anti-slide piles to strengthen the slope of the stability of the slope during the rainfall process. The results show that the stability of the slope toe is poor when the rainfall infiltration is considered,and the anti-slide piles should be arranged in the slope and between the slope toe when the piles are arranged. This study can provide a reference for slope reinforcement with anti-slide piles in rainy areas.

  Keyword:stability; rainfall infiltration; slope instability; pile layout;

邊坡失穩

  1 概述

  隨著我國工程建設大規模進行[1],每年因滑坡導致的經濟損失高達上百億[2].我國的西南地區雨水充沛,雨季經常發生滑坡,對人民的生命財產造成巨大威脅[3].大量的滑坡災害表明,高強度的降雨是引發邊坡滑坡重要因素[4].降雨導致邊坡土體受雨水滲入影響,由非飽和土體向飽和土體轉變,土體重度增大、含水率增大導致抗剪強度、粘聚力、內摩擦角等均降低致使邊坡發生不同程度的破壞[5].因此邊坡中地下水位是如何隨降雨動態變化,以及確定邊坡地下水位的分布規律是邊坡穩定性首先應該解決的問題。然而,目前考慮降雨滲入作用的抗滑樁加固邊坡的穩定性研究較少[6,7].

  基于此,本文以修文縣扎佐城區龍王村地區邊坡為例,運用ABAQUS軟件模擬邊坡降雨[8],分析在抗滑樁加固邊坡的條件下降雨作用對邊坡孔隙水壓、水平豎直位移、邊坡穩定性等方面的影響,并對抗滑樁合理的布樁位置給出參考。

  2 工程概況

  2.1 邊坡形態特征

  修文縣扎佐城區龍王村安置房,在山體周邊開挖過程中會形成總長約63 m、高約0.5 m~11.2 m的挖方工程邊坡。根據邊坡勘察報告,該段邊坡最大切方高度11.29 m,由于設計變更,邊坡開挖側移除了排洪溝,最大切方高度為9.8 m.邊坡垂直開挖后,邊坡破壞主要以上覆土層的滑動為主,滑動面為土層的圓弧滑動或者土層沿巖土結合面方向整體滑動,邊坡垂直開挖后處于不穩定狀態。根據原設計方案,邊坡剩余下滑力為688.54 k N,穩定性系數為0.74.該工程位于貴州省,每年4月~9月雨水充沛且降雨量大。經計算,開挖后未采取支護時,邊坡的穩定系數為0.79.

学术论文代写,学术论文翻译,英文学术写作   2.2 滑坡物質結構及土體參數

  根據邊坡中體特征及實地地形及勘探結果可知,邊坡物質自上而下主要劃分為第四系耕植土、第四系黏土和灰巖。其中,第四系耕植土呈灰褐色,主要成分為黏土,結構松散且含植物根系,厚度在0.2 m~0.7 m之間,平均厚度0.5 m;第四系黏土顏色呈褐黃色,主要礦物成分為石英及云母,夾小顆粒砂石,土質均勻。根據勘察報告并參考了附近同類地區滑坡的分析數據進行工程類比。經綜合分析后,確定c,φ,γ值,取值結果見表1.

  表1 龍王村巖土計算參數統計表

  3 數值模擬及結果分析

学术论文代写,学术论文翻译,英文学术写作   3.1 計算模型及土體參數

  結合工程實例采用非飽和滲流有限元法結合折減強度進行模擬[8].根據修文縣扎佐城區龍王村邊坡設計并確定參數取值,邊坡坡度為1∶1.5,坡高為30 m,抗滑樁相對坡腳距離分別為6 m,12 m,18 m,24 m,樁徑D=1 m,抗滑樁嵌固于基巖中。邊坡土體材料為可塑黏土,抗滑樁材料為鋼筋混凝土。在降雨條件下分別對不同降雨工況,不同布樁位置情況下的抗滑樁邊坡穩定性進行分析。其中AE面處于水面處,毛孔細水壓力為0,不考慮抗滑樁的透水性[9].

  3.2 降雨工況及布樁位置

  根據當地的水文資料,選取四種降雨工況,具體工況如表2所示。文章分析4種工況對邊坡穩定的影響,以及不同布樁方式在降雨情況下對邊坡的加固作用,布樁方式如圖1所示。

  表2 降雨工況     

  3.3 模擬結果分析

学术论文代写,学术论文翻译,英文学术写作   在降雨入滲作用下,邊坡上的地表水轉化成地下水后對邊坡應力場和土體強度產生影響最終影響邊坡的穩定。考慮降雨入滲情況下邊坡的破壞機理與不考慮降雨的破壞機理有一定區別,布樁時需要充分考慮降雨對邊坡穩定性的影響,避免不必要人員傷亡和經濟損失。

  3.3.1 孔壓分布

  降雨開始后,邊坡坡體內部孔隙水壓力發展及分布發生明顯變化,圖2為降雨24 h孔隙水壓力分布云圖,降雨條件下邊坡滲流變化明顯。根據降雨強度幅值曲線,前24 h隨著時間變化降雨量逐漸增大,雨水滲入使得坡頂以下非飽和土的含水率增高,孔壓逐漸增大,導致基質吸力下降,土體的抗剪強度降低,同時導致非飽和土產生因基質吸力變化而產生的應變,最終產生因為土體基質吸力弱化的位移量。一部分雨水沿坡體表面流動,在較短的時間內難以從坡體排除,導致邊坡土體含水量及自重加大,引起的下滑力增大。

  3.3.2 流速矢量

学术论文代写,学术论文翻译,英文学术写作   降雨由地表水轉化為地下水,對于松散的透水質邊坡,會在土體內部形成較大的動水壓力和浮力,大大增加了邊坡的下滑力、減小了抗剪強度。流速矢量圖可以清晰的反映降雨過程中土體內部水流下滲現象。水的力學作用會對邊坡產生較大的破壞影響。圖3為降雨24 h和72 h時刻的流速矢量圖。可知在降雨過程中,降雨前期坡頂的降雨入滲速度最快,坡腳較快,坡中最淺。降雨后期,降雨量減小,坡腳的流速最快,坡體內部雨水充分滲入,土體含水率高流速矢量較大。不論樁位與降雨工況,流速矢量均在坡腳處最大,說明坡腳處的水力梯度最大,這對坡腳的穩定極為不利。

  3.3.3 水平位移

学术论文代写,学术论文翻译,英文学术写作   降雨導致邊坡潛在滑動面的土體受水浸潤后發生軟化、泥化作用,使得土體的抗剪強度指標、內摩擦角、粘聚力等均迅速減小。直接改變邊坡土體的應力狀態,這是降雨導致邊坡破壞的主要觸發因素。根據降雨條件下抗滑樁加固邊坡的水平方向增量云圖可大致了解邊坡滑動變形趨勢。圖4為降雨24 h和72 h邊坡水平位移云圖。由圖4可看出,抗滑樁附近土體水平位移有明顯的降低,降雨過程中坡體向臨空面產生滲透力作用,降雨結束后最大水平位移發生在坡腳處。降雨對坡腳處的穩定產生極為不利的影響,在考慮降雨滲流條件下,應將抗滑樁布置在坡腳與坡中之間更好的發揮加固作用。

  3.3.4 安全系數

  通過對比四種降雨工況,分別從降雨的強度,降雨時長和滲入強度三方面來分析降雨方式不同對邊坡穩定性產生的影響。對比工況1和工況4,發現降雨強度增大1倍,穩定性降低并且抗滑樁距坡腳越遠,安全系數減低率越大。對比工況1和工況3,滲入強度大土體進入飽和狀態的速度加快,降雨初期雨水均勻滲入淺層土體中,當土體達到飽和后更多的積水滲入邊坡的安全系數下降加快。工況3滲入速度小,邊坡表面的臨時積水多,下滲速度較慢,邊坡整體穩定性較好。抗滑樁在邊坡上的布置位置及降雨工況對邊坡的穩定性產生直接的影響,圖5為4種工況下各樁位對應的邊坡安全系數變化曲線圖。通過模型計算,發現當抗滑樁布置在距坡腳12 m處邊坡安全系數最大。所以當考慮降雨滲入作用時,坡腳具有較高的水利梯度,布置抗滑樁時應在較正常樁位更靠近坡腳處。結合各時刻邊坡水平豎直位移云圖及4種降雨工況下安全系數的變化,降雨強度對邊坡整體的安全系數不利影響較大;降雨滲入強度的增加對坡頂和整體的豎向位移產生不利影響;降雨量達到一定程度后,降雨時長對安全系數影響較小。

  4 結語

  1)在降雨過程中,降雨前期坡頂的滲流速度最快,坡中部雨水滲入最慢,沉降主要發生在淺層坡處;降雨后期,由于滲透充分坡體土體含水率較高,坡體內部滲流速度較快,沉降量較大。2)降雨條件下,坡腳處具有較高的水利梯度且產生的向臨空面位移最大,坡腳處穩定性差。在布置抗滑樁時要兼顧坡腳處土體的穩定性,文中的模型布樁位置距坡腳12 m處時邊坡的安全系數最大。3)其他條件相同時,降雨強度對邊坡整體的安全系數的影響較大;降雨滲入強度的增加對坡頂和邊坡整體的豎向位移影響較大。

  參考文獻

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  [2] 李寧,許建聰。基于場變量的邊坡穩定分析有限元強度折減法[J].巖土力學,2012,33(1):314-318.

  [3] 付建新,譚玉葉,宋衛東。考慮二維降雨入滲的非飽和土邊坡穩定性分析[J].東北大學學報(自然科學版),2014,35(11):1646-1649.

  [4] 吳李泉,張鋒,凌賢長,等。強降雨條件下浙江武義平頭村山體高邊坡穩定性分析[J].巖石力學與工程學報,2009,28(6):1193-1199.

学术论文代写,学术论文翻译,英文学术写作   [5] 雷文杰,鄭穎人,馮夏庭。滑坡治理中抗滑樁樁位分析[J].巖土力學,2006(6):950-954.

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  [8] 石振明,沈丹祎,彭銘,等。考慮多層非飽和土降雨入滲的邊坡穩定性分析[J].水利學報,2016,47(8):977-985.

学术论文代写,学术论文翻译,英文学术写作   [9] ABAQUS在巖土工程中的應用(水利水電版)[J].巖土力學,2010,31(2):552.

作者單位:貴州有色地質工程勘察公司
原文出處:魏巍.抗滑樁加固邊坡降雨條件下的穩定性[J].山西建筑,2021,47(09):49-50+53.
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