论文摘要：影响基坑边坡的各种不确定因素错综复杂，为了确保邯郸市艺术中心基坑工程的结构可靠度，在系统分析方法的基础上，运用数理统计理论确定了边坡破坏面的分布规律，分析了边坡失稳机理及其特点。依据有限元理论研究了基坑边坡的稳定性，重点讨论了边坡失稳的特性和破坏面结构特性，并用风险设计理论以收益最大的原则建立了对边坡块体加固设计的优化与施工。最后实证研究表明该体系的可行性及可靠性，为工程的加固设计提供依据。
论文关键词：基坑支护,稳定性,加固,优化,施工
引言
边坡稳定性分析是岩土工程的一个重要研究内容，而引起边坡破坏的因素错综复杂，大量实践经验证明，邯郸地区居大多数边坡失稳的产生都与其内部的各种软弱结构面引起的破坏密切相关，尤其是IV、V级结构面组合形成引起的破坏甚为严重，由于这些结构面在边坡上具有出露位置不确定性及相应的不同组合形式和规模、延伸范围不连续性等特点，导致基坑边坡稳定性分析和加固方案的制定成为目前工程中的一个难题。本文对此提出的基坑边坡稳定性分析和加固设计优化与施工方法，可为工程的加固设计提供参考依据。
2工程概况
邯郸市地处北纬36°20′-44′，东经114°03′-40′，位于河北省南部和晋冀鲁豫四省交界的中心地带；邯郸市艺术中心地处太行山东麓山前丘陵向华北冲洪积平原的滏阳河阶上，地形平坦，地表主要为苗圃和树林；属暖温带半湿润半干旱大陆性季风气候区，四季分明，雨热同期；具有春季干旱多风，夏季炎热多雨，秋季天高气爽，冬季寒冷少雪等特征。由于场地内地势低洼，雨季易于积水下渗，自然排水条件不好。地下水静止水位埋深为5.96~7.38m。70.0米深范围内揭露地层以第四系冲洪积地层为主，主要以粘性土、粉土为主，偶见砂土，根据其岩性及物理力学性质自上而下可分为16层，估算得场地内ZK3的等效剪切波速(Vse)为167.8m/s，为中软土场地。而基坑深最浅处为-8.0m，最深处为大剧院主舞台部分-17.0m，基坑开挖深度范围内主要为素填土、粘性土、粉土和粉细砂层为主，且局部夹淤泥质土，土质松软，稳定性和结构性差，地下水位较高。基坑支护设计各土层参数见表1
表1基坑支护设计参数
Table1Parametersoffoundationpitsupportdesign
|
地层编号及名称
|
土层厚度
|
重力密度
|
三轴试验总应力
|
三轴试验有效应力
|
|
h(m)
|
γ（KN/m3）
|
Ccu(KPa)
|
Φcu(度)
|
C′(KPa)
|
Φ′(度)
|
|
1层素填土
|
0.70
|
18.0
|
――
|
――
|
――
|
――
|
|
2层粉土
|
2.02
|
17.0
|
18.5
|
11.7
|
21.0
|
9.8
|
|
2 层粉质粘土
|
0.70
|
18.6
|
27.1
|
12.7
|
27.8
|
10.6
|
|
3层粉土
|
1.75
|
18.3
|
15.9
|
16.0
|
16.0
|
14.0
|
|
4层粉质粘土与粘土
|
6.20
|
19.1
|
28.0
|
16.1
|
31.5
|
14.1
|
|
4 层粉土
|
1.02
|
19.5
|
35.0
|
25.4
|
43.0
|
20.1
|
|
4 层粉细沙
|
1.17
|
20.0
|
37.0
|
|
5层粉土
|
1.44
|
20.5
|
31.1（UU法）
|
18.0（UU法）
|
――
|
――
|
|
6层粉质粘土与粘土
|
3.79
|
20.1
|
43.0（UU法）
|
14.6（UU法）
|
――
|
――
|
3基坑边坡的组成和搜索
边坡稳定性是一个复杂的问题，主要表现在系统规模庞大，评价指标的类型及度量标准不同，指标描述的方式不同，评价信息不完整等。一般认为邯郸地区边坡失稳主要是气候的季节性循环和周期性变化造成土体内的裂隙发展，继而裂隙张开、延伸、扩展、贯通，致使土抗剪强度呈现明显下降趋势和变动性。由于上述现象导致土坡内滑动面上的剪应力分布不均匀，各点不能同时达到破坏，造成结构面上应力集中，抗剪强度降低，结构面互相连接成为较大的潜在滑动面。
为了克服邯郸地区边坡稳定分析的随意性和不确定性，本文运用定量描述分析。首先利用统计测线法对边坡各区段分层，并对各层结构面不确定的出露位置进行实测，找出基坑结构面的发育和分布情况，见表2。
表2邯郸市文化艺术中心各区段结构面分布实测数据
Table2CulturalArtsCenterofHandansurfacedistributionstructureofeachsectionmeasureddata
|
区段
|
结构面发育和分布实测状况
|
|
1
|
倾向0～18.3；3.8～15.7
|
倾角22.1～38.6；27.2～48.7
|
|
2
|
倾向12～32.5；5.3～29.5
|
倾角19～40.8；21.4～45.7
|
|
3
|
倾向7.2～27.6；14～41.3
|
倾角11.1～31.6；18.9～35.7
|
由表1可知，结构面每一几何参数的概率分布情况，根据表2可以建立反映土体结构面空间分布几何特征参数的概率统计模型，见表3。
表3邯郸市文化艺术中心开挖边坡中结构面倾向、倾角、迹长、间距的统计成果
Table3CulturalArtsCenterofHandanCity,inthestructureoftheexcavatedslopesurfaceinclination,dip,tracelength,spacing,statisticalresults
朗读
显示对应的拉丁字符的拼音
|
统计指标
|
区段
|
概率模型
|
平均值
|
标准差
|
|
间距
|
1
|
负指数
|
0.07
|
0.07
|
|
2
|
0.06
|
0.06
|
|
3
|
0.07
|
0.07
|
|
倾向
|
1
|
正态分布
|
2.6
|
1.51
|
|
2
|
17.7
|
1.17
|
|
3
|
9.6
|
1.05
|
|
倾角
|
1
|
5.15
|
0.55
|
|
2
|
5.36
|
0.26
|
|
3
|
2.74
|
0.37
|
|
迹长
|
1
|
对数正态分布
|
0.16
|
0.08
|
|
2
|
0.09
|
0.07
|
|
3
|
负指数
|
0.06
|
0.06
|
4基坑边坡ansys分析计算
根据ansys模拟原理，把土坡当成变形体，取X轴为开挖边坡的走向方向，长度为边坡的长度；Y轴为由坡外指向坡内，长度取15m；Z轴向上，高度按边坡土层的厚度。建模完成后按照土的变形特性，将变形体划分成许多单元体，计算出模型内的应力分布，将应力水平较高的点连接起来作为计算边坡中潜在的滑动面并再划分成若干个小弧段Δli，小弧段Δli上的应力等于弧段中点所在的单元的应力，表示为 ， ， 。由小弧段Δli与水平线的倾角为 ，可求得作用在弧段上的法向应力和剪应力分别为：
 
再根据莫尔—库伦强度理论，该点土的抗剪强度为 ，将滑动面上所有小弧段的剪应力和抗剪强度分别求出来以后，以该面上抗剪强度的总和与各单元沿滑动方向的剪应力总和的比值作为安全度量指标，对抗剪强度指标进行一定的强度折减或荷载放大，通过上式分析计算得出为安全系数为1.36。
然后按照块体理论随机搜索的方法在ansys模拟图上，切取一边坡开挖面，求取结构面与边坡开挖面的交线（结构面在边坡开挖面上的迹线），结合边坡面上各组结构面出露迹线的相互交切和组合情况，通过表3和安全系数可算出可能滑动破坏面的失稳情况。其计算参数和稳定分析结果如表4所示。
表4边坡稳定性分析选用的计算参数级分析结果
Table4Calculationofslopestabilityanalysisparametersselectedlevelresults
|
编号
|
摩擦系数f
|
内聚力(CMPa)
|
失稳土体
|
失稳平均深度
|
失稳土体体积
|
失稳率
|
|
1
|
0.45
|
0.04
|
13块
|
4.0m
|
8m
|
2.56
|
|
2
|
0.45
|
0.04
|
28
|
7.6m
|
9m
|
2.92
|
|
3
|
0.50
|
0.00
|
39
|
9.4m
|
9m
|
2.84
|
5边坡加固的优化分析
从表4以看出，该边坡存在不稳定的边坡块体滑动面，因此，我们采取采用系统锚杆的方法进行加固。 1/2 1 2 下一页 尾页 |
