品字型抗滑桩治理锁儿头滑坡探索范文

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《防灾减灾工程学报》2016年第4期

摘要：

“品”字型抗滑桩防治方案用于治理锁儿头滑坡，为评价其治理效果，采用FLAC3D软件进行数值模拟，对比分析采用“品”字型抗滑桩治理滑坡和不采取支挡措施时滑坡体的应力、位移的大小、变化情况。研究表明，采取抗滑桩支挡措施后滑坡整体位移减小，且对坡脚稳定的治理效果较佳；在10m平台以上坡体应力较为集中，在不利荷载情况下可能会发生局部滑塌，为增加安全储备，可采取挡土墙支挡措施处理；“品”字型抗滑桩挡土侧桩受力均匀，前排桩位移明显小于后排桩，为了使抗滑桩受力更加合理，在设计时可采取适当加大前后排桩间距或减小前排桩截面的方式优化。

关键词：

锁儿头滑坡；“品”字型抗滑桩；滑动面；FLAC3D软件；数值模拟

引言

滑坡灾害易造成财产重大损失，甚至带来毁灭性的灾难。抗滑桩作为滑坡治理的有效措施，已被广泛应用［1］，根据边坡形态及治理的要求，抗滑桩类型由简单的单排抗滑桩衍生出许多抗滑桩（组合）结构，对于一些较大型滑坡，因滑坡推力巨大，使用单排桩往往难以达到加固目的，因此，一般考虑采用双排或多排桩进行治理［2－3］，而一些组合型式的抗滑桩在治理此类滑坡时效果良好。“品”字型抗滑桩是一种新型防护结构，首次应用在锁儿头巨型滑坡工程中，主要通过连梁将后排两根桩，前排一根桩连成整体框架，组成“品”字型，3根桩共同受力。与普通抗滑桩相比，“品”字型抗滑桩具有整体抗弯刚度大、稳定性好、截面受力较小、抵抗力大、位移小等优点，但是“品”字型抗滑桩的桩施工工艺较普通抗滑桩复杂，因此不适于较小工程。“品”字型抗滑桩较其他形式的抗滑桩力学机理更加复杂，目前此方面的理论研究较少，但可以肯定的是此类形式抗滑桩的研究对于后续巨型滑坡的治理工程有重大意义，组合型抗滑桩很可能是未来边坡治理的主要形式。数值模拟技术广泛用于滑坡分析中［4－7］，效果良好，因此本文通过FLAC3D软件进行数值模拟，分析锁儿头滑坡采取“品”字型抗滑桩支挡措施的防治效果。

1工程概况

甘肃省舟曲县2010年8月7日发生特大山洪泥石流灾害，堵塞嘉陵江上游支流白龙江形成堰塞湖淹没县城。锁儿头滑坡位于甘肃省舟曲县城西侧的白龙江北岸，距舟曲县城1．0km，滑坡全长3300m，滑坡最宽处700m，最窄处仅为80m，堆积体厚度为20～100m，堆积体平均坡度12°，主滑方向133°，前后缘高差达670m，属于特大型断层破坏带滑坡。受舟曲泥石流灾害的影响，需对锁儿头滑坡前缘、滑体、滑坡后缘进行稳定性评价，并采取不同方案进行治理。本文主要研究锁儿头滑坡前缘西侧治理效果，此滑坡命名为H0－2－1－1。该次级滑坡起自耕地平台的前缘斜坡，止于前缘江边斜坡，采用“品”字型抗滑桩支挡措施。在平面上可把桩按“品”字交错布置成梅花形［8］，通过连梁将后排2根桩，前排1根桩连成整体框架，组成“品”字型，其结构形式如图1所示。为了便于前缘抗滑桩的布置，对H0－2－1－1滑坡前缘进行坡面清理，因坡面高陡，且局部滑塌，不利于抗滑桩的布置，故设计在高程1340．000m处预留10m宽平台，在1340．000m以上按二级坡面，坡比1∶1进行削坡，每级坡面高10m，中间预留2m宽平台；在坡面平整后，高程1325．000～1340．000m之间布置抗滑桩，抗滑桩采用C25混凝土钻孔灌注桩，每组3根，呈“品”字型布置，靠挡土侧布置2根，靠外侧布置1根，单根桩径为1．8m，桩长为35m，桩群中心间距为7m。设计抗滑桩共28组84根，抗滑桩防治方案如图2所示。根据勘察报告，锁儿头滑坡的滑体物质来源复杂，既有断层破碎带物质，又有两侧山前的崩、滑积物质和坡洪积物质。H0－2－1－1滑坡滑体物质上层为青灰色碎石土，下层为炭质板岩碎屑，滑坡的滑面大部分在黑色炭质板岩碎屑层或黑色炭质板岩与黄褐色粉土、粉质粘土接触带上或与碎石土接触带上，滑床为冲洪积碎石土，前缘局部为砂砾卵石。滑坡岩土体物理力学参数见表1。

2模型建立

2．1基本假定

为简化分析，建立模型时，不考虑地下水和地震对滑坡的影响，仅分析静力作用下抗滑桩对滑坡的支挡效果。

2．2模型的几何边界

采用FLAC3D软件对H0－2－1－1滑坡治理效果进行分析，建模时按照H0－2－1－1滑坡的实际情况进行简化，原滑坡长度约为500m，高150m。考虑计算机的实现，对模型进行简化。分析原滑坡发现，选取滑坡长150m，高90m时，滑体、滑床、滑带明显，为便于分析，采取如图3所示的模型尺寸，滑坡三维模型的厚度约取相邻两组“品”字型抗滑桩的间距（即7．2m），边坡左右和前后两个侧面约束法向位移，边坡底部施加三向位移约束［9］，在建立模型时，必须考虑所建模型的物理、几何条件最大可能地与实际滑坡的岩性、地形相一致，以减小误差，最终选取如图3所示的计算模型。

2．3模型的网格划分

为了对滑坡采用抗滑桩加固前和加固后的效果进行分析，分别建立无桩和有桩模型，有桩模型主要区别在布置了3根桩，突出桩模型，如图4、图5所示。初始应力的计算仅考虑自重作用，计算采取摩尔－库伦模型［10］，无桩模型共有35616个单元，39845个节点，有桩模型共有54912个单元，61147个节点。

3数值模拟结果分析

将相应的物理力学参数代入已建好的模型进行数值模拟，在建模的时候并未建立完整的H0－2－1－1滑坡模型，为减小边界对模型的影响，在初始应力生成，位移场，速度场皆清零后，分别对有桩和无桩模型左侧滑体上施加水平向右的均布荷载，来模拟滑坡推力，对“品”字型抗滑桩治理滑坡效果进行分析。因为所建模型较为复杂，且节点较多，默认收敛准则1．0e－5对此模型较为苛刻，故在进行到100000步后，最大不平衡力比率小于2．0e－5，观察最大不平衡力趋于0，此时认为已经收敛［11－12］。

3．1应力比较分析

图6为不设桩时的z向应力云图，最大应力值出现在模型底部，为1．89MPa，竖向应力符合地应力的变化规律。同样由图7可知，模型底部应力值为2．5MPa，因为抗滑桩对模型的影响，最大应力值出现在桩周围，对模型进行切片操作，比较图8、图9可知，y向应力最大值出现在桩底，符合受力规律。分别取后排桩和前排桩桩顶单元y向应力值进行比较，如图10和图11所示，随着步数增加，y向应力值整体呈减小趋势，但后排桩桩顶单元y向应力值明显大于前排桩，可见受力较大，符合“品”字型抗滑桩后排桩较前排桩承担滑坡推力大的特点，此抗滑桩设桩位置较为合理，且达到一定的支挡效果。

3．2剪切应变增量、位移比较分析

由图12可知，在不设桩时，最大剪应力出现在坡脚位置，并未看到明显的塑性贯通区域，而从图13中y向位移等值线可以看出，滑坡从坡顶至坡脚都有明显的位移发生，在坡脚位移最大。图14为无抗滑桩时特定点（x＝3．6，y＝－8．4，z＝0）y向位移，发现最大位移未达到平衡，随着时间增加位移一直增加。以上结果表明：在现有条件下，H0－2－1－1滑坡基本稳定，前缘部分处于蠕滑状态，这与实际的工程勘察报告和稳定性评价一致。在对H0－2－1－1滑坡采取支挡措施后，得出其剪切应变增量图，y向位移等值线图，以及桩身位移等值线图。由图15、图16可知，在采取支挡措施后，此滑坡坡脚处位移明显减小，可达到治理坡脚的目的，在10m平台之上局部较小部位，出现了塑性贯通区域，随着时间的增加在以上坡体处出现滑移的可能性较大。这是因为，预留10m平台对整个滑坡体起到减缓坡度，减小滑坡体体积，减少下滑力的作用，在此平台布置抗滑桩后，滑坡大部分推力集中在此位置，平台以上部位应力过于集中。从图16可见，坡脚到平台的位置土体y向位移趋于0，为考虑抗滑桩所起的作用，单独取出y向位移并进行放大，由图17可见，在采用“品”字型抗滑桩支挡结构时，挡土侧两根抗滑桩位移对称，2根桩同时抵抗推力对土体的影响，后排桩的位移明显大于前排桩，3根桩皆在桩顶处位移最大。纵观抗滑桩整体支挡效果，后排桩在受到推力作用时，把力传递给前排桩，3根桩同时受力，位移符合力学受力规律［13］，此布置方式更能充分发挥前排桩与后排桩的土拱效应［14］，对稳定滑坡起到一定作用。

4结论

锁儿头滑坡作为舟曲县灾后重建地质灾害防治工程之一，其整体规模大，纵向分级明显，长期缓慢变形，治理难度大，滑坡距离舟曲县城仅1km，为保护人民生命和财产安全，针对锁儿头滑坡形成的影响因素，采取不同方法进行治理。采取“品”字型抗滑桩治理H0－2－1－1滑坡是锁儿头滑坡防治工程的一部分，本文通过对设桩和不设桩情况滑坡的比较分析，可得出以下结论：

（1）抗滑桩支挡措施使得此滑坡整体位移减小，坡脚及平台效果尤为显著；若此滑坡不采取支挡措施，最大位移发生在平台之下坡脚处，且整个滑坡体沿着滑面方向产生很大位移，坡脚最易发生破坏，设桩之后达到稳定状态，故此支挡措施稳定坡脚效果良好。

（2）平台以上一、二级坡面应力较为集中，很可能在暴雨等不利条件下发生局部滑塌，为了更有效地防止滑坡的发生，在稳定坡脚的前提下，为增加安全储备和滑坡在不利条件下的稳定性，达到更好的护坡效果，在条件许可的情况下，建议可在平台以上部位采用挡土墙支挡措施。

（3）根据桩身位移图可知，“品”字型抗滑桩中，最大位移均发生在桩顶处，后排2根桩受力均匀且承受较大推力，整体抗滑效果较好。鉴于前排桩承受推力较小，在以后类似工程中可采取适当加大前后排桩间距或是减小前排桩截面的方式使得“品”字型抗滑桩受力更加合理。“品”字型抗滑桩在目前工程实践中运用较少，对其空间效应和破坏模式等值得进一步研究，本文研究结果对今后类似工程可提供一定借鉴。

参考文献：

［1］汪班桥．支挡结构设计［M］．北京：冶金工业出版社，2012．

［2］徐骏，李安洪，肖世国．折线型滑面滑坡桩排推力分布规律研究［J］．岩土力学，2012，33（11）：3479－3482.

［3］王羽．h型抗滑桩设计计算方法研究［D］．成都：成都理工大学，2011．

［4］俞刚．基于FlAC3D的滑坡稳定性分析及抗滑桩支挡研究［D］．重庆：重庆交通大学，2012．

［5］李荣建，于玉贞，李广信．抗滑桩加固非饱和土边坡三维稳定性分析［J］．岩土力学，2008，29（4）：968－972．

［6］王根，吴松，晏长根，等．不同型式抗滑桩对某滑坡治理的有限元模拟分析［J］．长安大学学报：自然科学版，2013，33（4）：29－34．

［7］年廷凯，徐海洋，李东晨．不同截面型式抗滑桩加固边坡数值分析［J］．大连理工大学学报，2013，53（5）：695－701．

［8］铁道部第二勘测设计院．抗滑桩设计与计算［M］．北京：中国铁道出版社，1983．

［9］彭文斌．FLAC3D实用教程［M］．北京：机械工业出版社，2008．

［10］陈育民，徐鼎平．FLAC／FLAC3D基础与工程实例［M］．2版．北京：中国水利水电出版社，2013．

［11］褚铅波．基于FLAC3d的土质边坡稳定性及其抗滑桩加固研究［D］．杭州：浙江大学，2013．

［12］年廷凯，徐海洋，刘红帅．抗滑桩加固边坡三维数值分析中的几个问题［J］．岩土力学，2012，33（8）：2521－2535．

［13］高永涛，张友葩，吴顺川．土质边坡抗滑桩机理分析［J］．北京科技大学学报，2003，25（2）：117－123．

［14］陶波，佴磊，伍法权，等．抗滑桩与周围岩土体间相互作用力的分布规律［J］．吉林大学学报：地球科学版，2005，35（2）：201－206．

作者:周勇 王天 王秀丽 单位:兰州理工大学甘肃省土木工程防灾减灾重点实验室 西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心