抗滑桩对膨胀土边坡影响分析

抗滑桩对膨胀土边坡影响分析

夏高响佘然

（安徽省交通勘察设计院有限公司 安徽 合肥 230000）

摘要：选取安徽某膨胀土地区高边坡，对膨胀土边坡上抗滑桩对边坡影响进行了研究，分析了不同位置条件下，抗滑桩对膨胀土边坡变形影响规律及机理。结果表明有抗滑桩时，虽然极限降雨条件下膨胀土边坡仍会出现局部滑坡现象，但相对于纯膨胀土边坡，抗滑桩能很大程度上减小边坡变形。

关键词：抗滑桩；边坡；膨胀土

0引言

膨胀土是在自然地质过程中形成的一种具有显著胀缩性且裂隙发育的地质体。由于膨胀土吸水膨胀，纯膨胀土边坡尤其是开挖后的膨胀土边坡在降雨条件下很容易出现滑坡现象，抗滑桩是对膨胀土边坡治理的一个有效措施[1-4]，抗滑桩能够有效阻止滑坡。非膨胀土边坡上抗滑桩能减小边坡变形的影响，而膨胀土边坡上抗滑桩很可能加剧边坡变形的影响。本文主要对膨胀土边坡上抗滑桩对边坡影响进行了研究，分析了不同位置条件下，抗滑桩对膨胀土边坡变形影响规律及机理。

1建立模型

选取安徽某膨胀土地区高边坡建立有限元模型，膨胀土边坡土体分为三层：上层22m厚膨胀土、中层厚25m砂土、底层厚6m基岩。对膨胀土采用热-固耦合模型进行模拟，对砂土和基岩均采用弹性本构模型，弹性模量分别为60Mpa、100Mpa，密度分别为2.0g/cm3、2.4 g/cm3。边坡分四级，每级边坡宽18m，坡比1:3，边坡含三个马道，每个马道宽4.5m。

对于初始含水率15%的膨胀土边坡，模型中膨胀土初始温度15℃（相当于初始含水率15%），边坡表面最终温度131.33℃（相当于最终边坡表面含水率60%）。模型采用热-固耦合方式进行计算，边坡表面向边坡内部热传导过程实际上是边坡吸湿过程，伴随吸湿，边坡土体膨胀而且强度也随之降低。

图1边坡模型图

2无抗滑桩模拟结果

分别计算降雨持时为3天、6天、11天条件下，不同土质条件的膨胀土边坡最大塑性变形、水平及竖向位移如下表所示。

表1 不同土质条件下膨胀土边坡变形特性

随着降雨时间增长，边坡土体变形均在增长，但适当提高土体初始含水率、增大土体干密度，边坡土体变形将迅速降低。实际上，适当提高土体初始含水率，土体膨胀性降低、其强度随含水率增加而衰减速率降低；适当提高土体干密度，土体密实程度增大，降雨条件下，雨水难以深入土体内部，相同时间内，土体湿度变化小。

图2 膨胀土边坡土体塑性区域开展

土体塑性区域开展如图2所示，降雨时间较短时，土体会发生浅层流滑，深度约2m范围以内，而且坡脚部分的膨胀土体塑性区域的开展较快。随降雨时间增长，大量雨水入渗到土体内部，边坡从浅层流滑演变为深层滑动，坡脚膨胀土体很可能形成一个滑舌，在距离坡脚线1/4～1/3倍边坡宽度范围内容易形成滑坡断裂带。降雨持续增长（大于10天），边坡容易发生深层滑动，发生深层滑动时，边坡从顶部到底部形成一个圆弧行贯通滑动面，这与非膨胀土边坡滑坡时所形成的滑动面类似。

3有抗滑桩模拟结果

计算将抗滑桩设置在离坡顶20m、40m时边坡的变形情况，当抗滑桩距离坡顶20m时，抗滑桩下侧边坡土体易形成局部贯通滑动面，但滑动面不会发展到抗滑桩上侧边坡土体。当抗滑桩距离坡顶40m时，边坡塑性变形进一步减小，抗滑桩上侧、下侧边坡土体均不会形成整体贯通滑动面，而且上、下侧土体也不易分别形成局部贯通滑动面，长时间降雨条件下，边坡滑坡可能性大大降低。

图3 膨胀土边坡土对比图

从图3中可以看出，有抗滑桩时，边坡土体水平位移也会大大降低，而且抗滑桩距坡顶40m条件下，边坡水平位移最小。当抗滑桩距坡顶20m时，抗滑桩下侧边坡土体会逐渐形成一个局部滑动面，当抗滑桩距坡顶40m时，抗滑桩上侧、下侧边坡土体也会分别形成一个局部滑动面，但边坡变形量相对抗滑桩距坡顶20m时的边坡变形量会大大减小。

在边坡上分别取距坡顶20m、40m、60m的A、B、C三点进行分析，从图3中可以看出，无抗滑桩时，边坡很容易发生滑坡，位移-时间曲线拐点所对应的时间为T，降雨时间在T/2以内时，纯膨胀土边坡、有抗滑桩边坡的变形相差很小，基本一致，而且抗滑桩在边坡上的位置对边坡变形影响也不明显。当降雨持时大于T/2后，抗滑桩的作用开始体现，当抗滑桩距坡顶40m时，边坡变形最小，抗滑桩距坡顶20m时，边坡变形稍大。在T时刻，抗滑桩距坡顶40m时，A点位移量约10cm；抗滑桩距坡顶20m时，A点位移量约15cm；无抗滑桩时，A点位移量约20cm。

当抗滑桩距坡顶20m，即A点位置有抗滑桩时，边坡位移量大于抗滑桩距坡顶40m时的A点位移量。两种工况条件下，抗滑桩的桩长、桩径及桩间距都一样，产生不同结果的主要原因是：桩长一样，抗滑桩布置在A点所在的位置时，其进入砂土层的长度短，抗滑移能力力较小，而抗滑桩布置在距坡顶40m处时，其进入砂土层长度大大增加，抗滑移能力大大增强。因此，抗滑桩的桩长、桩径及桩间距都一样时，抗滑桩宜布置在边坡中部（如果抗滑桩布置在边坡下部，抗滑桩对滑坡基本不起作用）。

图4 边坡上部土体水平位移

4结束语

膨胀土初始含水率大，其膨胀变形小，降雨条件下膨胀土边坡的整体变形较小；膨胀土初始干密度大，土体密实，降雨条件下雨水难以深入土体内部，膨胀土边坡的整体变形也较小；有抗滑桩时，虽然极限降雨条件下膨胀土边坡仍会出现局部滑坡现象，但相对于纯膨胀土边坡，抗滑桩能很大程度上减小边坡变形，抗滑桩对膨胀土边坡影响研究成果总为类似工程建设提供了借鉴。

参考文献：

[1] 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．岩土力学, 2012，33(8): 2521-2526.

[2] 向远华. 锚杆框架梁-双排抗滑桩支护膨胀土边坡工作特性分析[J]. 铁道科学与工程学报, 2013, 10(3): 62-67.

[3] 李紫晔. 膨胀土边坡抗滑桩支护的机理和数值分析[D]. 长沙: 长沙理工大学, 2014.

[4] 孔德惠, 乔盈丹, 王攀峰等. 基于有限元研究抗滑桩不同桩间距加固膨胀土边坡的稳定性[J]. 路基工程, 2015, 6: 107-109, 115.