近年来,随着我国平原区域高速公路、铁路网络的逐步完善,交通基础设施建设的重点已转移至山区,由此引发的边坡稳定性问题给工程建设带来了严峻的挑战,并受到了科研人员的关注。其中,针对高路堤、深路堑等地质复杂路段的边坡稳定性与力学研究成为研究热点之一。然而,目前对于滑坡治理、抗滑桩受力等方面的研究仍然落后于工程实践,因此开展堆积层边坡稳定性与抗滑桩受力机理研究具有重要的理论意义和实践价值。
本文以某高速公路堆积层边坡抗滑桩加固工程为切入点,首先,采用有限元模拟、理论公式计算以及工程实测等方式,对边坡稳定性与滑坡推力等指标进行了研究;接着,基于滑坡推力的数值仿真与规范法理论公式对比结果,对滑坡推力的理论公式进行了改进;最后,基于正交试验法,对抗滑桩的布设进行了优化,达到提高边坡稳定性、改善抗滑桩支护效率与受力模式的目的。主要研究内容和结论如下:
(1)采用Midas GTS NX有限元软件,对某高速公路的堆积层边坡施工阶段开挖进行模拟,研究了抗滑桩支护下的边坡稳定性、塑性区范围、开挖坡面水平位移,并评价了抗滑桩支护的效果。结果显示,边坡经抗滑桩加固后的安全系数提高到1.506,边坡的位移也得到了控制。
(2)分析了抗滑桩的内力、桩侧土压力以及滑坡推力分布,并将有限元模拟、理论公式计算以及现场实测等结果进行了综合对比,研究了它们的分布规律,探讨了采用不同方法得出的土压力结果之间的系数关系。最后模拟地震荷载,得出典型时刻的边坡相对位移、桩身动弯矩等结果。
(3)采用控制变量法,研究了边坡安全系数、桩身弯矩分布随抗滑桩布设参数变化的规律;接着设计了正交试验,得出边坡安全系数受抗滑桩支护参数的敏感性大小排序为:桩长>桩间距>桩位>桩排距。
(4)基于正交试验结果,优化抗滑桩布设参数。优化后的抗滑桩布设组合为:桩间距3m、桩排距12.5m、桩位14m、上排桩长25m、下排桩长20m;优化方案的边坡安全系数提高到1.593,兼顾了安全与经济,改善了抗滑桩的受力。
(5)运用正交试验法,研究滑坡体参数对滑坡推力的影响,得出滑坡推力影响因素敏感性排序为:滑体体积>滑体倾角>黏聚力>内摩擦角。引入滑坡推力的“理论公式修正系数n”概念,并进行了计算公式的修正。结果表明,“理论公式修正系数n”在0.743~1.274之间,最后引用实例检验了上述研究的可靠性。