深基坑边坡稳定性及支护技术研究

何 旭 龙

(辽宁省公路路政管理局，辽宁 朝阳 122400)

深基坑边坡稳定性及支护技术研究

何 旭 龙

(辽宁省公路路政管理局，辽宁 朝阳 122400)

通过对深基坑边坡支护工程的发展与研究现状分析，提出了边坡处治基本理论及稳定性分析的方法，并对边坡工程的设计与加固进行了分析研究，介绍了几种增强土坡稳定性的常用方法，利用大型有限元分析软件ADINA对某一采用锚杆支护的边坡在地震荷载作用下的动力稳定性进行了分析，对于复杂动荷载作用的边坡稳定性分析问题做出了很好的解决。

深基坑，边坡，稳定性，地震荷载

0 引言

近年来，随着建筑业的迅速发展，楼房越建越高，而基础相应越埋越深。由于受周围客观环境的影响，深基坑开挖不能无限的放坡，只能根据场地的地质条件及其场地周边附加荷载情况，在安全、经济、施工方便的条件下，选取最佳支护方式及最优支护设计参数。显然，不同的地层条件下，深基坑边坡支护计算模式的选择，成为边坡支护设计安全经济成功与否的关键。

数值分析和模型试验法能较真实地模拟边坡在地震作用过程中的动力特性和破坏机制，是边坡地震反应分析的两种主流方法。目前，常用于边坡地震稳定性分析的数值方法主要为有限单元法和有限差分法。它们在模拟含众多不连续结构面的岩体问题中有一定的局限性，而离散单元法在求解岩体这类不连续介质的问题中弥补了有限单元法和有限差分法的某些不足。

1 边坡处治基本理论及稳定性分析

边坡一般是指具有倾斜坡面的土体或岩体。由于坡表面倾斜，在坡体本身重力及其他外力作用下，整个坡体有从高处向低处滑动的趋势，同时，由于坡体土(岩)自身具有一定的强度和人为的工程措施，它会产生阻止坡体下滑的抵抗力。在工程设计中，判断边坡稳定性的大小习惯上采用的是边坡稳定安全系数来衡量。

Bishop(1995)明确了土坡稳定安全系数的定义：

(1)

其中，τf为沿整个滑裂面上的平均抗剪强度；τ为沿整个滑裂面上的平均剪应力；Fs为边坡稳定安全系数。

按照上述边坡稳定性概念，显然，Fs>1，土坡稳定；Fs<1，土坡失稳；Fs=1，土坡处于临界状态。

2 基于ADINA的某边坡在地震作用下稳定性分析

本例为一个两层的边坡，土的参数如表1所示，在ADINA中，该模型被划分为831个节点和250个四边形单元。边界条件为底部是固定的，两侧土体的水平位移是固定的，边坡用锚杆进行加固。分析中对该模型施加重力荷载和地震波。地震波形分别采用如图1所示的波形。

表1 土的参数表

模型网格划分如图2所示。

2.1 地震荷载作用时边坡主应力分析

对地震荷载作用前后边坡主应力进行分析，进行竖向位移分析，得出地震前、后边坡的主应力和剪应力云图。图3为地震作用引起的边坡主应力分布云图，图4为地震作用引起的边坡剪应力分布云图。

图3和图4表明，基坑边坡面附近的主应力迹线均明显偏转，表现为最大主应力σmax与坡面接近平行，最小主应力σmin与坡面近于正交，向坡体内逐渐恢复到初始应力状态。由于应力的重新分布，在坡面附近产生应力集中带。不同部位其应力状态是不同的，在坡脚附近,平行坡面的切向应力τ显著升高，而垂直坡面的径向应力τr显著降低，由于应力差大，于是就形成了最大剪应力τmax增高带，容易发生剪切破坏。在坡肩附近,在一定条件下坡面径向应力和坡顶切向应力最终转化为拉应力，形成拉应力带。因此，坡肩附近最易拉裂破坏。

2.2 地震荷载作用时位移分析

图5为地震荷载作用前后边坡竖向位移云图。

对比图5a)和图5b)，可知地震作用改变了边坡土体竖向位移场的分布。地震荷载作用使得边坡坡面处产生不均匀位移，自坡顶至坡脚处位移逐渐减小。

3 结语

1)从边坡稳定性的概念入手，介绍了边坡稳定性分析的基本理论，分析了边坡稳定性的影响因素，提出了边坡稳定性的处理措施；

2)利用大型有限元分析软件ADINA，对地震荷载作用下某深基坑边坡稳定性分析进行数值模拟。数值模拟结果表明：地震荷载作用后基坑边坡面附近的主应力迹线均明显偏转，易形成剪应力增高带，从而使边坡产生剪切破坏。地震荷载也引起了边坡的位移重新分布。

[1] 刘红帅,薄景山,刘德东.岩土边坡地震稳定性分析研究评述[J].地震工程与工程振动，2005，25(1)：164-171.

[2] 薄景山,徐国栋,景立平.土边坡地震反应及其动力稳定性分析[J].地震工程与工程振动,2001,21(2)：16-120.

[3] 陈玲玲，陈敏中，钱胜国.岩质陡高边坡地震动力稳定分析[J].长江科学院院报，2004，21(1)：33-35.

[4] 刘春玲，祁生文，童立强，等.利用FLAC3D分析某边坡地震稳定性[J].岩石力学与工程学报，2004，23(16)：2730-2733.

[5] 祁生文.边坡动力响应分析及应用研究[D].北京：中国科学院地质与地球物理研究所博士学位论文，2002.

[6] BARDET J P，SCOTT R F.Seismic stability of fracture rock masses with the distinct element method[C]//Proceedings of the 26th U.S.Symposium on Rock Mechanics(USRMS).Rotterdam：A.A.Balkema,1985：139-149.

[7] ZHANG C H，PEKAU O A，JIN F，et al.Application of distinct element method in dynamic analysis of high rock slopes and block structures[J].Soil Dynamics and Earthquake Engineering，1997,16(6):385-394.

[8] 陶连金，苏生瑞，张倬元.节理岩体边坡的动力稳定性分析[J].工程地质学报，2001,9(1):32-38.

[9] 谭儒蛟，胡瑞林，徐文杰，等.虎跳峡龙蟠右岸斜坡变形的地质力学机制探讨[J].岩石力学与工程学报，2005，24(S2)：5674-5679.

Research on stability and support technology of deep pit slope

HE Xu-long

(HighwayManagementBureauinLiaoningProvince,Chaoyang122400,China)

This paper analyzes the development of deep foundation engineering and research, presents the basic theory and treatment of analysis method of slope stability, which is the basis of engineering design and analysis of reinforcement. This paper introduces a few kind of common method for enhancing the stability of slopes. In this paper, a slope under seismic load dynamic stability is analyzed by ADINA software, which gives a good solution of the complex dynamic loading problem of slope stability analysis.

deep foundation， slope， stability， seismic load

1009-6825(2014)11-0104-03

2014-02-04

何旭龙(1987- )，男，助理工程师

TU413.62

A