摘要：文章從邊坡極限平衡理論出發(fā)，以框架預(yù)應(yīng)力錨桿邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)的圓弧滑動(dòng)模式作為破壞的基礎(chǔ)模式，分別考慮框架和錨桿的作用下對(duì)于土體邊坡穩(wěn)定性的影響，通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)和結(jié)論分析，建立了內(nèi)部穩(wěn)定性安全系數(shù)的計(jì)算模型以及在最危險(xiǎn)的滑移面上的搜索模型，從而對(duì)框架預(yù)應(yīng)力錨桿邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：邊坡工程；框架支護(hù)結(jié)構(gòu)；預(yù)應(yīng)力錨桿；穩(wěn)定性分析；圓弧積分法 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TU318 文章編號(hào)：1009-2374（2016）32-0107-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.32.053

框架預(yù)應(yīng)力錨桿邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)目前為止得到了廣泛的應(yīng)用。它主要是由混凝土框架、擋土板、小噸位預(yù)應(yīng)力錨桿等組成的。該種結(jié)構(gòu)隸屬于輕型柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)。在該結(jié)構(gòu)的組成部分中，最重要的一項(xiàng)就是錨桿的應(yīng)用。因?yàn)殄^桿的加入，徹底改變了土體的力學(xué)性能及其受力狀態(tài)，能夠最大程度地利用土體自身的穩(wěn)定性，減少土體的相對(duì)位移和滑動(dòng)，并且錨桿的支護(hù)力能夠隨著邊坡向外破壞力的增大而增大，當(dāng)該破壞力達(dá)到一定限度的時(shí)候，錨桿會(huì)被拔出，此時(shí)該結(jié)構(gòu)就成為真正意義上的柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)，支護(hù)力也就隨著錨桿的拔出而被減弱。該結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，有許多優(yōu)勢(shì)：（1）該結(jié)構(gòu)的支護(hù)高度不受限，可以根據(jù)實(shí)際情況的需要進(jìn)行確定；（2）該結(jié)構(gòu)的工程造價(jià)和工程量都要比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)低很多；（3）該結(jié)構(gòu)能夠最大限度地保證邊坡的穩(wěn)定性，同時(shí)在進(jìn)行施工時(shí)能夠保證邊坡基本不受到擾動(dòng)。特別是其中加入了預(yù)應(yīng)力措施，更加能夠控制邊坡的變形程度。由于這些優(yōu)良的特性，該結(jié)構(gòu)在我國(guó)得到了十分廣泛的應(yīng)用，并且也取得了非?？捎^的經(jīng)濟(jì)效益和良好的社會(huì)評(píng)價(jià)。

1 穩(wěn)定性分析方法

1.1 穩(wěn)定性安全系數(shù)計(jì)算模型

在所有計(jì)算以及實(shí)驗(yàn)進(jìn)行之前，我們首先要明確所需支護(hù)的邊坡可能會(huì)受到何種類型的破壞，通過(guò)明確破壞類型來(lái)確定邊坡的破壞形態(tài)以及破壞機(jī)理。在現(xiàn)有的實(shí)例中，邊坡一般有以下兩種破壞模式，即圓弧破壞模式和平面破壞模式。我們所研究的邊坡穩(wěn)定性分析就是將以上兩種破壞模式選擇其一，按照該種破壞模式的破壞機(jī)理以及破壞形態(tài)，同時(shí)結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件以及該邊坡的荷載條件進(jìn)行受力分析。想要在分析時(shí)將傳統(tǒng)的極限平衡法應(yīng)用其中，除了要考慮土體本身將會(huì)涉及的力學(xué)指標(biāo)以外，還要將錨桿預(yù)應(yīng)力的作用等考慮在內(nèi)，因此本文中筆者所選擇的假定破壞模型為圓弧滑動(dòng)破壞。該破壞模式的破壞機(jī)理主要是由于土體的自重作用過(guò)大，導(dǎo)致地面與土體的摩擦力無(wú)法平衡其附加荷載所產(chǎn)生的滑動(dòng)摩擦，從而導(dǎo)致整個(gè)邊坡出現(xiàn)超過(guò)圓弧滑動(dòng)面的抗滑移力，使得整個(gè)邊坡出現(xiàn)相對(duì)位移。

想要準(zhǔn)確地分析出邊坡穩(wěn)定性，就必須要找出能夠滿足所有靜力平衡的條件，同時(shí)又能夠合理地滿足規(guī)范規(guī)定的安全系數(shù)的結(jié)果的解集。從以往的工程實(shí)例來(lái)看，我們所要尋找的安全系數(shù)就是某點(diǎn)的最小安全系數(shù)。根據(jù)以往的文獻(xiàn)以及試驗(yàn)記錄，我們總結(jié)出了計(jì)算邊坡內(nèi)部安全系數(shù)的計(jì)算公式，即KS=（FS1+FS2+FS3+ΔFS）/F。我們可以從該式中明顯看出，我們所尋找的安全系數(shù)實(shí)際上就是圓弧滑動(dòng)面上的抗滑移力以及與滑移力的比值。其中△FS的出現(xiàn)是為了中和錨桿預(yù)應(yīng)力對(duì)土坡穩(wěn)定性的影響。由于到目前為止我們無(wú)法將該參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確的量化，因此在實(shí)際計(jì)算時(shí)我們一般根據(jù)工程需要自行確定。

1.2 圓弧滑移面搜索模型

想采用圓弧滑移面積分法進(jìn)行分析操作，最關(guān)鍵的一步就是要對(duì)滑移危險(xiǎn)面的位置進(jìn)行確定。在確定危險(xiǎn)面的過(guò)程中，需要考慮到以下假定內(nèi)容：（1）邊坡土土質(zhì)往往比較均勻，因此地下水以及孔隙應(yīng)力對(duì)于整體應(yīng)力的影響一般忽略不計(jì)，將邊坡穩(wěn)定問(wèn)題劃分為平面應(yīng)變問(wèn)題；（2）最危險(xiǎn)圓弧滑移面的邊坡腳點(diǎn)處的錨桿需在水平方向和豎直方向均勻布置；（3）由于橫梁、立柱、擋土板以及預(yù)應(yīng)力錨桿形成了剛度較大的穩(wěn)定空間框架，因此在實(shí)際計(jì)算時(shí)可以將土壓力作用下產(chǎn)生的微弱不均勻變形忽略，并且假定在最危險(xiǎn)截面下所有的錨桿所承受的軸力都達(dá)到了其抗拉極限。

在確定所用假定之后，要對(duì)滑移面模型的各個(gè)變量進(jìn)行確定。

在進(jìn)行變量確定時(shí)，要確定圓心的位置以及圓心與所要分析的點(diǎn)的夾角，即sinΦ=（x-xo）/R、cosΦ=（yo-y）/R。之后，通過(guò)地面附加荷載的等效自重可以間接表示出土體的等效自重，這樣可以更加直觀并且準(zhǔn)確地計(jì)算出土體自重，并且在進(jìn)行安全系數(shù)選擇時(shí)也更加準(zhǔn)確。接著，進(jìn)行滑移力的確定和分析。在進(jìn)行具體分析和計(jì)算之前，需要明確滑移力產(chǎn)生的原因是由土體自重以及地面附加荷載共同作用產(chǎn)生的，因此在實(shí)際計(jì)算的時(shí)候要將土體自重以及附加荷載的合力作為考量，同時(shí)確定合力位置。由于力的作用是相互的，因此在整個(gè)結(jié)構(gòu)中若出現(xiàn)了滑移力，那么就必將出現(xiàn)抗滑移力。但實(shí)際上在確定抗滑移力的時(shí)候不能只將其作為滑移力的相反力來(lái)考慮，能夠直接影響抗滑移力的因素有二：（1）錨桿抗拉極限承載力的大小；（2）圓弧半徑所在直線與錨桿所在直線夾角的大小。在計(jì)算錨桿抗拉承載力極限值的時(shí)候主要根據(jù)錨桿破壞時(shí)的強(qiáng)度大小來(lái)確定，忽略抗剪以及抗彎作用對(duì)其的影響，因此在進(jìn)行計(jì)算時(shí)我們可以假定錨桿恰好屬于受拉狀態(tài)，而在確定夾角大小時(shí)則可以根據(jù)圓心與合理的函數(shù)關(guān)系來(lái)進(jìn)行

計(jì)算。

2 最危險(xiǎn)滑移面的確定

通過(guò)上文的分析以及統(tǒng)計(jì)，可以在確定函數(shù)中的幾個(gè)關(guān)鍵變量之后，得出給定圓心位置的錨桿作用下的整體穩(wěn)定性安全系數(shù)。在實(shí)際的工程當(dāng)中，圓心的位置并不固定，因此需要利用網(wǎng)格法以及文本算法對(duì)計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行進(jìn)一步編程，使得在實(shí)際使用過(guò)程中計(jì)算機(jī)軟件能夠?qū)Σ煌恢玫膱A心帶來(lái)的影響進(jìn)行分析和權(quán)衡。如果圓心所在位置位于搜索區(qū)域的邊界，那么該程序就會(huì)通過(guò)增量法對(duì)搜索區(qū)域進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，在更大的搜索范圍內(nèi)繼續(xù)搜索，最終目的是要保證圓心的位置位于搜索區(qū)域內(nèi)部而非邊界。

3 結(jié)語(yǔ)

本文中通過(guò)筆者對(duì)于框架預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的研究和參數(shù)選擇，主要得出了以下五個(gè)結(jié)論：

第一，根據(jù)極限平衡理論以及建立滑移面模型，成功推導(dǎo)出了滑移面圓心與安全系數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系。在確定安全系數(shù)的時(shí)候需要通過(guò)計(jì)算機(jī)建模，然后找到圓心所在的區(qū)域，根據(jù)已有的函數(shù)關(guān)系得出所需的安全系數(shù)。和傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)法相比，該方法具有更強(qiáng)的針對(duì)性和確定性，能夠根據(jù)實(shí)際情況給出最合理的安全系數(shù)，同時(shí)由于計(jì)算機(jī)的加入，使其更容易操作。

第二，在綜合考慮支護(hù)結(jié)構(gòu)以及錨桿對(duì)土體邊坡穩(wěn)定性的影響之后，得出最危險(xiǎn)滑移面實(shí)際上是隨著設(shè)計(jì)參數(shù)的變化而變化的?？梢?jiàn)，如果一味地將以往的經(jīng)驗(yàn)公式用于工程中，就會(huì)出現(xiàn)盲目性甚至是重大失誤。因此，使用危險(xiǎn)滑移面建模的方法可以更加準(zhǔn)確和直觀地確定安全系數(shù)，防止由于采用經(jīng)驗(yàn)值和經(jīng)驗(yàn)公式導(dǎo)致整個(gè)工程出現(xiàn)隱患。

第三，雖然建模是一種較為準(zhǔn)確的傳統(tǒng)方法，但是其中仍然有許多需要進(jìn)行不斷改進(jìn)的問(wèn)題。例如土體穩(wěn)定性的影響因素有很多種，框架和錨桿與土體之間的相互作用都會(huì)使得土體穩(wěn)定性出現(xiàn)與模型不符的地方，因此在進(jìn)行安全系數(shù)確定的時(shí)候也不能只看重模型帶來(lái)的便利，還要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際以及相關(guān)試驗(yàn)單位進(jìn)行的試驗(yàn)數(shù)據(jù)以及勘察報(bào)告，將這些內(nèi)容與建模后得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，最終得出最為準(zhǔn)確的安全系數(shù)。

第四，本文在進(jìn)行框架預(yù)應(yīng)力錨桿邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)安全系數(shù)確定時(shí)所用的最危險(xiǎn)滑移面建模的方法，不單單可以用在該種支護(hù)結(jié)構(gòu)中，還可以用在其他非純土坡的穩(wěn)定性治理以及加固中。

第五，在未來(lái)的實(shí)際工作中，應(yīng)該盡可能地去對(duì)現(xiàn)有的方法進(jìn)行完善，并且在完善的過(guò)程當(dāng)中創(chuàng)造出新的方法。很多邊坡穩(wěn)定性加固的工程中都需要提前通過(guò)許多大型現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行驗(yàn)證，因此如何才能更高效地使用大型設(shè)備進(jìn)行理論研究是業(yè)內(nèi)工作人員在未來(lái)的工作和研究中需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題。

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作者簡(jiǎn)介：楊琳琳（1985-），女，陜西人，廣西華藍(lán)巖土工程有限公司工程師，碩士，研究方向：邊坡支擋結(jié)構(gòu)。

（責(zé)任編輯：小 燕）