深坑主题乐园大摆锤崖壁边坡稳定性分析

褚腾峰

上海同纳建设工程质量检测有限公司 上海 200232

1 工程概况

主题乐园中大摆锤占地面积为11.0m×11.0m，高度为22.2m，其设备基础荷载如图1所示。从图1中可知，大摆锤运行的最大竖向荷载约为2×280=560kN，最大弯矩为2×（62+42）=208kN/m。大摆锤由四根柱子进行支撑，每根柱子底下布置6根灌注桩，灌注桩的长度平均为11.7m，桩径为800mm。大摆锤距离崖壁边的最近距离约为12.0m[1]。

图1 大摆锤结构示意图

2 稳定性核算

根据本项目的实际情况，本项目拟对大摆锤区域崖壁边坡整体稳定性、F3断裂带结构稳定性两个方面进行分析。本项目边坡安全性等级为一级，根据《建筑边坡工程技术规范》GB50030-2013第5.3.2，稳定系数控制标准为1.35。

2.1 靠近大摆锤的崖壁边坡整体稳定性分析：有限元法

大摆锤运行的最大荷载约为560kN，最大弯矩为208kN/m。本项目采用岩土工程大型通用有限元软件Plaxis2D对边坡稳定性进行分析，分析方法采用软件内嵌强度折减法。

这种方法在国外20世纪80年代就开始采用，随着计算机技术的发展，特别是岩土材料的非线性弹塑性计算技术的发展，出现了许多适合于岩土材料的大型通用数值软件，如Plaxis、Flac等均嵌入了强度折减法的思想，并且其前、后处理的功能非常强大，使得强度折减稳定分析方法越来越为人们所应用。该方法不但满足力的平衡条件，而且考虑了材料的应力应变关系、筋材与土体的变形协调，所以更能反映岩土体的实际工作状态，使得计算结果更加精确合理[2]。

大多数边坡的滑坡都属于渐近破坏，滑坡的主要原因是由于土坡在风化、吸水饱和、应变软化等因素下土体的抗剪强度会逐渐降低。因此通过抗剪强度的折减，可以使土坡达到破坏的临界状态，这时的折减系数定义为边坡稳定的安全系数。对岩土体的抗剪强度进行折减的程度，即岩土体的实际抗剪强度与临界破坏时折减后的抗剪强度的比值，具有强度储备系数的物理意义。为了和传统方法形式上取得一致，以及在折减计算过程中保持流动法则的协调，把折减强度参数按如下形式进行折减：

式中：c、φ为土体能够提供的抗剪强度；为维持平衡所需的抗剪强度，即实际抗剪强度；sF为安全系数。

强度折减法中安全系数可以通过2-1式直接得出，不需要假定滑裂面的形式或位置，还可以考虑边坡的渐进破坏过程，并得到临界滑动面的位置。

大摆锤处边坡有限元网格如图2所示。土层分层根据勘察报告中F-F’工程地质剖面图确定。

图2 有限元网格图

图3 考虑动荷效应下边坡稳定性分析结果

大摆锤作用荷载根据设计文件确定，考虑动荷效应后的单柱荷载为560kN，如图3所示。计算得到的边坡稳定安全系数为1.49。边坡整体性稳定满足设计要求[3]。

2.2 F3断裂带结构面的稳定性分析：极限平衡法

由于大摆锤距离F3断裂带较近，最近处约为45m左右，为此需对增加大摆锤后的F3断裂结构面稳定性进行分析。采用方法为极限平衡法，即要求抵抗力与下滑力的比值达到安全系数以上。采用理正岩土专业软件对F3断裂带结构面的稳定性分析，计算得出安全系数为1.392。

3 结束语

根据以上稳定性分析，可知：增加大摆锤后，其周边的崖壁边坡仍整体处于稳定状态。距离大摆锤较近的F3断层结构面处于稳定状态。故在运营过程中，大摆锤区域区域均不会出现崖壁边坡失稳问题。由于本场地岩石节理发育，在雨水和风蚀作用下，悬崖坡体发生小石块掉落等现象难以避免，深坑的水上项目应采取布置警戒带等措施进行防避。由于理论分析的局限性，建议在大摆锤区域布置若干个监测设备，以随时监测土体的沉降与位移，防止位移由量变到质变，及时对场地稳定性进行预警。