高边坡不同工况稳定性分析与抗滑桩设计参数优化.pdf
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1、工程设计 2023 年 第 12 期 总第 140 期 工程技术研究摘要:为了提升高边坡设计水平,文章依托某山区公路 4 级高边坡,分别基于简化 Bishop 法和有限元法计算了边坡在天然状态、降雨工况、地震工况下的安全系数。同时,利用 ABUQUS 软件计算了抗滑桩桩长和桩间距对桩身最大水平位移和高边坡稳定性的影响,得到了最优桩长和桩间距。关键词:高边坡;稳定性分析;安全系数;抗滑桩Abstract:In order to improve the design level of high slope,based on the grade 4 high slope of a mountain
2、highway,the safety factors of the slope under natural condition,rainfall working condition and earthquake working condition are calculated based on the simplified Bishop method and the finite element method respectively.At the same time,the influence of anti-slide pile length and pile spacing on the
3、 maximum horizontal displacement of the pile body and the stability of high slope is calculated by ABUQUS software,and the optimal pile length and pile spacing are obtained.Key Words:high slope;stability analysis;safety factor;anti-slide pile分类号:U416.14随着基础交通设施的完善,越来越多的公路工程开始在山地丘陵区域建设。为了保持路线线形的平顺,不可
4、避免会开挖山体,形成大量挖方边坡。在公路工程中,一般将高度 30 m 的路堑边坡定义为高边坡。高边坡变形机理较复杂,稳定性影响因素较多,尚没有统一的计算理论。如果高边坡稳定性分析措施或加高边坡不同工况稳定性分析与抗滑桩设计参数优化潘 飞湖北省核工业地质局,湖北 孝感 432000Stability Analysis of High Slope under Different Working Conditions and Optimization of Anti-slide Pile Design ParametersPAN FeiHubei Provincial Bureau of Nucle
5、ar Industry Geology,Xiaogan 432000,Hubei,China049.DOI:10.19537/ki.2096-2789.2023.12.固措施不合理,可能导致边坡在施工、运营期间出现整体滑塌,造成严重的经济损失和人员伤亡。目前,高边坡稳定性分析分为定性分析和定理分析两个阶段,前者包括工程类比法、图解法、赤平投影法等,后者包括极限平衡法、数值计算法1。抗滑桩具有承载能力强、抗滑效果好等优势,在高边坡治理中取得了广泛应用,但个别设计人员在制订抗滑桩加固边坡方案时往往参考其他相似项目,不重视设计参数的综合比选。因此,进一步研究高边坡稳定性分析及抗滑桩设计参数优化具有重
6、要的工程价值。1 工程概况文章以某山区公路连接线的高边坡为研究对象展开计算。该连接线总长 5.8 km,设计标准为 2 级公路,设计速度为 40 km/h。高边坡最大高度为 35.5 m,共四级边坡,其中一三级边坡开挖高度均为 10 m,坡率为 1 0.75;四级边坡开挖高度为 5.5 m,坡率为 1 1。(1)工程地质。由地勘资料可知,高边坡岩土体整体较碎裂从上至下分别为碎石土、全风化砂岩、强风化砂岩,高边坡岩土体计算参数如表 1 所示。表 1 高边坡岩土体计算参数(2)降雨、地震情况。项目所处区域为温带大陆性季风气候,年降水量较大,降雨形式以台风暴雨和梅雨暴雨为主,且主要集中在 710 月
7、份,年平均降作者简介:潘飞,男,硕士,工程师,研究方向为岩土工程勘察、设计。岩土体重度/(kNm-3)黏聚力/kPa内摩擦角/()泊松比碎石土18.515200.30全风化砂岩22.022280.28强风化砂岩23.525300.25151工程设计工程技术研究 第 8 卷 总第 140 期 2023 年 6 月水量为 1 285 1 366 mm。由中国地震动参数区划图(GB 183062015)确定高边坡所在位置的本地震峰值加速度为 0.10g,基本地震烈度为 7 度。在计算高边坡安全系数时,需考虑地震力的影响。2 不同工况下高边坡的稳定性2.1 稳定性分析方法根据公路路基设计规范(JTG
8、D302015),规模较大的碎裂结构岩质边坡宜采用简化 Bishop 法计算,边坡破坏机制复杂可采用数值分析法。由于该边坡整体较破碎,拟采用简化 Bishop 法和有限元法共同分析其稳定性。(1)简化 Bishop 法。简化 Bishop 法将边坡滑坡体视为刚性体,按某一尺寸将滑体划分成多个条块,并通过式(1)计算任意条块的抗倾覆力矩得到边坡安全系数。()tan/()siniiiiiisiiicbWQmFWQ+=+(1)式中:Fs为边坡安全系数;ci为第 i 个条块的黏聚力,kPa;bi为第 i 个条块的宽度,m;Wi为第 i 个条块的重力,kN;Qi为第 i 个条块的竖向作用力,kN;为第
9、i 个条块的摩擦角,();mi为计算系数,无量纲;i为第 i 个条块的滑面倾角,()。(2)有限元法。有限元法计算高边坡稳定性时可以塑性贯通区、位移、应力等为收敛盘踞,得到岩土体内任一点应力应变关系,并在短时间计算边坡在多种工况下的安全系数,大幅提升边坡稳定性分析效率和准确性。2.2 高边坡计算工况该高边坡在计算安全系数时选择三种工况:天然状态下,岩土体参数参考表 1,地下水位取现场实测水位;暴雨工况下,岩土体参数按 0.8 倍进行折减,地下水位升高 2 m;地震工况下,岩土体参数取天然工况,水平地震系数为 0.15。2.3 基于简化 Bishop 法分析边坡稳定性(1)计算模型。高边坡安全系
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