Study on Stability Analysis of Anti-slide Pile Reinforcement for Embankment Slope
葛彬吴迪3，张京伍役舒爽V
(1.河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室，江苏南京210000；
2.河海大学土木与交通学院，江苏南京210000；
3.青岛滨海学院建筑工程学院，山东青岛266555；
4.东华理工大学土木与建筑工程学院，江西南昌330013)
摘要：针对某河道治理应急工程中的边坡滑动问题，采用抗滑桩加固的方案。通过Geostudio软件建立变更断面的抗滑桩加固模型，利用瑞典圆弧法对不同桩长、桩位工况下的边坡整体稳定性与桩前局部稳定性进行分析。结果表明：改变桩位对边坡整体稳定性几乎没有影响，桩位越靠近平台近河道一侧，桩前边坡局部越接近稳定状态。改变桩长不影响桩前边坡局部稳定性，但是桩长需要大于土层中原滑动区深度，才能保证边坡整体稳定安全系数满足相关规范要求，过量地增加桩长对安全系数的提升并无必要；最后提供一个加固方案的建议。
关键词：边坡稳定性；瑞典圆弧法；桩长；桩位
中图分类号：TU473.1+4文献标识码：A文章编号：1005-8249(2020)06-0031-04
GE Bm'2,WU Di3,ZHANG Jingwu4,SHU Shuang1-2
(1.Key Laboratory of ministry of Education for Geomechanics and Embankment Engineering,Hohai University,Nanjing210000,China；
2.College of Civil and Transportation Engineering,Hohai University,Nanjing210000,China;
3.School of Architecture and Engineering,Qingdao Binhai University,Qingdao266555,China；
4.School of Civil and Architectural Engineering,East China University of Technology,Nanchang330013,China)
Abstract:To solve the problem of slope sliding in an emergency project of river harnessing,the scheme of anti-slide pile reinforcement is adopted.The anti-slide pile reinforcement model of the altered section was established by Geostudio.Swedish circular arc method is used to analyze the overall stability of the slope and the local stability under different pile lengths and positions.The result
s show that changing the pile position has little influence on the overall stability,and the closer the pile position is to the platform near the river,the closer the partial slope is to the stable state.Changing the pile length does not afiect the local stability,but the pile length needs to be greater than the depth of the sliding zone in the soil layer in order to ensure that the overall stability meet the requirements of relevant codes.Excessive increase of the pile length is not necessary to improve the safety coefficient.Finally,a suggestion of reinforcement scheme is provided.
Keywords:slope stability;Swedish circle method;pile length；pile position
*基金项目：国家自然科学基金资助项目（51708310）。
第一作者：葛彬（1995-），男，硕士研究生，主要从事边坡工程研究。
通讯作者：张京伍（1985-），男，博士，讲师，主要从事边坡稳定性分析与基坑工程研究。
收稿日期：2020-06-240引言
在边坡工程的滑坡治理中，采用抗滑桩穿过滑坡体深入滑床以支挡滑体的滑动，是提高边坡稳定性的常用方法，适用于浅层与中厚层的滑坡。目前设计人员多采用极限平衡法和强度折减法分析边坡
稳定性。强度折减法在边坡工程中应用和研究很多IT，但是在堤防工程中的应用尚不成熟⑸；极限平衡法通过大量假设滑动面，将滑坡体分成若干土条，建立力与力矩平衡方程求得安全系数⑷。规范⑺建议采用瑞典圆弧法进行堤防工程的稳定分析。李家平等⑷在分析抗滑桩加固临水岸坡时，比较了瑞典法与简化毕肖普法的结果，结果表明毕肖普法计算得出的边坡稳定安全系数要大于瑞典法，即按瑞典法计算更偏保守。
本文结合某河道治理应急工程，针对河堤滑坡后的变更断面采用抗滑桩加固方案，通过Geostudio 软件建模，使用瑞典圆弧条分法分析模块进行河堤边坡抗滑桩加固的稳定性分析，为滑坡后治理提供—定指导。
1工程实例
职来职往 赵雪1.1某河道概况
某河道治理应急工程中，在用地范围内向右岸拓宽。施工过程中，右岸发生了较大规模滑坡。本文针对右岸滑坡后的变更断面，考虑采用抗滑桩进行边坡加固。
滑坡前河底高程2.5m，右岸坡比1：2.5,&5m 高程处设2.5m宽平台。变更断面中，将&5m高程平台向右拓宽为20m作为打桩平台，并设抗滑桩一排。平台施工道路有挖掘机和自卸汽车通行。据地勘报告透露，坡顶范围地下水位约在高程9.5m~ 10.0m，坡下采用施工期降水位。选取河道右岸代表断面，给出边坡滑动前原始断面与变更断面土层分布，大致如图］所示。
图1边坡原始与变更断面示意图
Fig.1Schematic of the original and altered sections
1.2参数选取与基本假设
根据滑坡后补充勘察成果，与右岸岸坡稳定性计算相关的土层物理力学指标见表lo
表1补充勘察阶段土层物理力学指标表
Table1The physical and mechanical indexes of soil layer in
supplementary investigation stage
层
号
土
编土层名称
重度/
(kN/m3)
多感官饱和重度/
冰岛ion冒险酒店
(kN/m3)
黏聚力/
kPa
内摩擦
角/。
1-2粉质黏土19.219.627.114.5
2-1重粉质壤土19.619.937.914.8
H-3
淤泥质重粉
质壤土
17.817.913.012.0
H-4淤泥16.216.5 6.07 4.22
3-1
淤泥质重粉
质壤土
1&21&417.611.1
3-2
轻粉质壤土~
重粉质砂壤土
19.019.211.01&5
3-3淤泥16.516.7&2 3.7
3-4
重粉质壤土
粉质黏土
19.219.425.316.1
其中编号H-3和H-4土层分别为原滑动区域的“滑动体”和“滑动带”部分，分为上下两层。
假设土体采用Mohr-Coulomb理想弹塑性本构模型，以Mohr-Coulomb强度准则作为屈服准则。模型左
右边界无水平变形，底部边界无变形，只允许模型内部与上表面出现位移。选取桩单元作为加固荷载，在模型中方向竖直。
1.3建立有限元模型乔丹法则
采用Geostudio软件中Slope-W模块，建立滑坡后的变更断面模型。为了验证无抗滑桩加固时边坡稳定性，图2中未设置抗滑桩单元。计算得出未使用抗滑桩加固时，河堤边坡最小安全系数为0.637，明显小于1.0，边坡将处于失稳状态。因此，需要使用_定措施对其加固，以提升其抗滑稳定性。
0.637
图2未加固边坡整体稳定性计算结果
Fig.2Calculation results of overall stability of unreinforced slope 如图3中，加入抗滑桩单元与施工机械荷载，经过试算取桩径1.0m，垂直模型平面的桩间距取为2.0m，桩身抗剪强度取为580kN/m o抗滑桩单元与施工机械均布荷载在图中位置为示意位置，假设荷载一宜处于抗滑桩右侧。
葛彬等：河堤边坡抗滑桩加固稳定性分析研究2020年第6期Fig.3The section diagram of slope after adding anti-slide
pile element
1.4计算工况与结果
桩顶保持在打桩平台平面，通过考虑抗滑桩不
同加固位置与加固长度，开展桩位、桩长两个参数
变化对河堤边坡稳定性影响的研究。
1.4.1改变桩位
假设桩身穿过滑带且长度为13m，桩端插入未
滑动区域。由于桩径1.0m，平台宽度20m，且桩顶
要在滑动区域顶面范围内，故分别考虑桩顶中心距
离平台左端点0.5m、4.5m、&5m和13m四种工况，
比较河堤边坡整体稳定性与桩前局部稳定性变化情
况，见表2。
表2不同桩位工况下边坡稳定性计算结果
Table2Calculati o n results of slope stability under d i ff e re n t
pile positions
工况编号桩顶中心距平台
左端点距离/m
桩长/m
桩前局部稳
定安全系数
整体稳定
安全系数
10.513 1.015 1.344
2 4.5130.865 1.342
38.5130.813 1.341
413.0130.668 1.338
由表2可知，保持桩长不变，随着桩位由平台左侧向右变化，边坡桩前局部稳定性逐渐降低。然而整体稳定性基本保持不变，且满足规范口］对施工期土堤边坡抗滑稳定安全系数最小值为1.2的要求。
当桩身位于平台左端时，边坡桩前局部稳定性接近极限状态（安全系数等于1.0）0
所以，在保持桩长不变的情况下，应当尽量将桩位选择在靠近平台左端的位置，以保证桩前边坡局部不失稳。
1.4.2改变桩长
由上一节分析可知，桩位选在平台左端最佳，故本节保持桩位在平台左端不变，研究桩长改变对河堤
边坡稳定性影响。桩长的变化涉及桩端是否穿过原滑动区域的问题，故分别考虑在桩长为4m、7m、10m、13m、16m和19m六种工况下，河堤边坡整体稳定性与桩前局部稳定性的变化情况。其中，桩长为4m、7m和10m时，桩端分另!）位于滑动体中、滑动带中和滑动带以下未滑动土层中，不同桩长边坡稳定情况见表3。
表3不同桩长工况下边坡稳定性计算结果
Table3Calculation results of slope stability under different pile
length conditions
工况
桩■fe/m
桩顶中心距平台桩前局部稳定整体稳定
编号左端点距离/in安全系数安全系数
540.50.9910.625
670.5 1.0110.629
7100.5 1.007 1.345
8130.5 1.015 1.344
9160.5 1.011 1.345
10190.5 1.008 1.551从表3可以看出，在桩长为4m和7m时出现安全系数小于1.0的情况。边坡桩前局部稳定性均接近极限状态，受桩长变化的影响很小。当桩长过短，未穿过原滑动区域时，边坡整体稳定安全系数明显小于1.0，边坡失稳。
图4和图5表明，桩身未穿过原滑动区范围时，滑动面均处于滑动带淤泥质土体中，即抗滑桩无法
图5工況6的局部稳定性
Fig.5Local stability in working condition6
计算结果显示，当抗滑桩桩长超过原滑动区域，滑动面就会呈现如图6所示的深部滑动，并且满足规范⑺中对施工期土堤边坡抗滑稳定安全系数最小值为1.2的要求。同时表3数据说明，不断增加抗滑
第34卷第6期2020年12月
粉煤灰综合利用
FLY ASH COMPREHENSIVE UTILIZATION
Vol.34No.6
Dec.2020
桩加固长度对于抗滑稳定性提升不明显，考虑到经济性，要选取适当的桩长值。
图6工況7的整体稳定性
Fig.6Overall stability of working condition7
2最优方案
由表2数据可知，当桩位处于打桩平台左端时，边坡桩前局部稳定性刚好处于极限状态，所以桩位应优先选择在平台左端。
同时，表3数据显示，桩长超出滑动区域一定深度可大幅提升边坡整体抗滑稳定性，所以桩端必须穿过滑动区域。并且考虑到施工经济性，选择桩长13m作为变更模型的最终值。
选定打桩桩位在平台左端，桩身长度为13m作为本文建议的抗滑桩加固方案。此时边坡整体与桩前局部稳定计算结果分别如图7和图8所示。
图7工况8的整体稳定性
Fig.7Overall stability of working condition8
1.015
图8工况8的局部稳定性
Fig.8Local stability in working condition8
图7显示，边坡整体稳定安全系数满足规范⑺要求，最危险滑面出现在滑动带以下并且超出了抗滑桩加固深度。相比抗滑桩桩端未穿过滑动区域的工况，此时最危险滑面的加深以及相应安全系数的提升，说明抗滑桩加固的效果明显。图8显示边坡桩前局部稳定性接近极限状态，说明可在桩前边坡采取适当的加固措施以提升其稳定性，比如考虑在坡脚采用抛石压重，用微型桩、土钉加固桩前边坡以及采用雷诺护垫护坡等。机械毕业设计论坛
3结论
本文以某河道治理应急工程中滑动边坡为例，建立使用抗滑桩加固的变更断面模型，并用瑞典圆弧法进行边坡加固后的整体稳定性与桩前局部稳定性分析，研究了边坡稳定性受桩长和桩位两个参数变化的影响，得出以下结论：
(1)设置抗滑桩这一加固措施对于边坡整体稳定性的提升起到了显著作用。面对局部稳定接近极限状态的风险问题，有必要在桩前边坡设置适当的辅助加固措施。
我听到了春天的声音(2)在考虑抗滑桩加固方案经济性的情况下采用的单排桩加固方式，桩位应尽量靠近打桩平台左侧近河道一侧以提升边坡桩前的局部稳定性。
(3)抗滑桩桩端深入达到滑床部位关系到抗滑桩加固作用的有效发挥。同时，应当合理选取桩长以节约施工成本。
参考文献
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