某加油站边坡加固及静力稳定性分析

白生学 叶帅华

（1 甘肃中凯建筑规划设计有限责任公司，甘肃 兰州 730050；2 兰州理工大学 土木工程学院，甘肃 兰州 730050）

1 工程概况

富源加油站改造项目场地位于甘肃省兰州市榆中县定远镇定远村的北部、国道312线的东侧，该加油站为已建工程，此次改造项目主要是对建筑物周围的边坡进行改造治理。原边坡以加油站营业厅东侧外墙为分界，以东为自然边坡，高度在3.0m左右；以西为已采用毛石挡墙加固的边坡，但是在营业厅背面侧的毛石挡墙由于雨水疏导不畅已出现明显破坏，营业厅西侧外墙以西的毛石挡墙基本完好，高度均在3.0m左右。本次改造项目不仅对站内相关建筑设施进行改造治理，而且考虑到周边边坡的永久性安全，对边坡也进行加固处理。边坡总长大约81.5m，根据《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2013）的规定，该边坡的安全等级为二级。

2 Geo-Studio

Geo-Studio有限元分析软件是由全球著名的加拿大岩土软件开发商GEO-SLOPE公司在七十年代开发的面向岩土、采矿、交通、水利、地质、环境工程等领域开发的一套仿真分析软件，是全球最知名的岩土工程分析软件之一，现在已广泛应用于各种复杂岩土工程项目的有限元分析中，对边坡开挖及加固后的静力与动力稳定性分析结果较为贴合实际。

3 模型建立

计算模型所选断面为该边坡的一典型断面，在Geo-Studio软件的SLOPE/W模块中建立两种工况下的计算模型。边坡安全等级为二级，边坡按单级设计，边坡设计坡角为80°。在边坡加固深度范围内，土体土质均匀，主要为素填土和黄土状粉土。边坡土体参数根据《岩土工程勘察报告》和工程经验选择,具体见表1。

表1 边坡土体参数

4 边坡稳定性计算

稳定性计算中考虑的工况主要包括：工况一：削坡，无支护；工况2：削坡，有支护。计算过程中考虑在坡顶位置施加面荷载用来模拟加油站建筑物所产生的自重，面荷载为20kPa的均布力。

边坡稳定安全系数Fst可以定义为假定滑动面上的抗滑力与下滑力之比。由于该边坡的安全等级为二级，所以根据《建筑边坡工程技术设计规范》（GB 50330-2013）规定，工况一的Fst按临时边坡考虑取1.20；工况2的Fst按永久边坡的一般工况考虑取1.30。

在边坡断面上采用Morgenstern-Price法进行极限平衡稳定分析，求得在两种工况下的稳定性系数。计算结果见图1～2和表2。

从计算结果可以看到，边坡在完成削坡后，未加固处理（工况一）时的稳定性系数Fs是2.232，大于工况一的边坡稳定安全系数Fst（1.20），所以该边坡加固前就处于稳定状态；在完成加固处理后，稳定性系数Fs是7.092，远大于工况二的边坡稳定安全系数Fst（1.30），稳定性得到明显的提高。

图1 工况一稳定性计算

图2 工况二稳定性计算

表2 稳定性系数计算值

5 边坡变形稳定性复核

对变形稳定性进行复核的目的是为了各全面的分析边坡支护方案的治理效果。具体由Geo-S-Tudio中的SIGMA/W模块计算完成。在SIGMA/W模块分别建立两种不同工况下的边坡模型。对模型左右边界均约束其X方向变形，对下部边界均约束其X、Y两个方向的变形。框架梁、基础桩和锚杆锚固段用结构梁模拟，锚杆自由段用结构杆模拟。土体模型采用弹塑性本构模型即摩尔库伦准则。计算结果见图5～6、表3～5。

表3 坡面不同工况下最大变形量

表4 建筑基底不同工况下最大变形量

表5 坡底平台不同工况下最大变形量

图3 工况一整体变形图

图4 工况二整体变形图

从边坡加固前后的计算结果可以看出，边坡在经过加固以后，坡面、建筑基底和坡底平台处的竖向的最大变形量以及建筑基底处的水平最大变形量都有不同程度的减小，但是坡面和坡底平台处的水平最大位移却增加了。提取锚杆锚固段和自由段轴力数据，得到锚杆锚固段轴力最大值为21.56kN，但锚杆自由段轴力却为30kN，这说明施加的预应力没有损失（因为锚杆中施加的预应力为30kN）。这也就导致坡面和坡底平台处的水平变形在经过加固后没有减小反而增大。

复核结果表明加固措施对提高边坡的稳定性起到了较为显著的作用。

6 结语

通过采用Geo-Studio有限元分析软件对中石油富源加油站边坡支护工程进行数值模拟分析，可以确定对边坡采用框架预应力锚杆挡墙支护以后稳定性得到明显的提高，但是对锚杆施加的预应力如果没有发挥应有的作用，则可能引起边坡位移的增大，因此在边坡支护方案设计中，对所施加预应力的大小要引起足够重视。