高家房基滑坡稳定性分析与抗滑桩治理方案研究

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本文以邛崃市天台山镇紫荆村高家房基滑坡为研究对象,主要通过现场调查、资料收集等方式对滑坡区工程地质条件以及现阶段变形破坏特征进行详细研究。进而分别从理论分析与数值模拟两方面深入分析评价滑坡在天然、暴雨以及地震状态下的变形破坏模式以及稳定性。随后基于滑坡工程地质条件及稳定性分析结果,通过数值模拟方法对抗滑桩主要设计要素的合理设计值进行优化;提出抗滑桩治理方案并考虑滑体横向变形特征以及经济效益对方案进行优化,并应用于滑坡主体模型中进行治理效果分析评价,最终确定一个较为有效且经济的治理方案,为高家房基滑坡治理工程设计提供参考。主要得出以下结论:(1)现场调查结果表明,高家房基滑坡属于中型覆盖层土质滑坡。滑体与两侧山脊一同构成一槽型汇水地形,滑坡整体上陡下缓,后缘呈明显圈椅状。滑坡体上裂缝十分发育,滑坡上部变形明显,在降雨作用下已产生局部滑塌,滑坡前缘产生鼓胀变形,变形破坏模式表现为典型的推移式滑动。滑坡稳定性受内在因素与外界因素共同影响,其中暴雨和地震是滑坡主要的外界因素。目前滑坡整体稳定性较差,在暴雨和地震作用下极易发生整体变形破坏。(2)基于传递系数法对高家房基滑坡进行稳定性计算。结果表明,滑坡天然状态下处于基本稳定状态;暴雨状态下处于不稳定状态;地震状态下处于欠稳定状态。一旦受到暴雨或地震等极端环境因素的作用,滑坡极易启动,发生整体变形破坏。通过对滑坡体不同计算剖面稳定性结果横向对比,滑坡体右侧稳定性最差,而中部与左侧次之。(3)基于FLAC3D数值模拟方法的滑坡变形破坏特征及稳定性研究。结果表明,滑坡在不同状态下的变形破坏模式均表现为推移式滑动。滑坡变形破坏受地形地貌影响,横向变形具有显著差异性。这与传递系数法得出的结论较为一致。天然状态下滑坡整体稳定性较好,仅在滑体上部存在小范围局部滑塌,不会发生整体滑动。而暴雨状态下滑坡后缘拉裂缝扩展,上部荷载迅速增加,滑体上部的剪切变形迅速扩展至下部,引发滑坡整体变形滑动。滑坡地震荷载下动力响应特征表明滑坡变形呈现波动增长,不发生瞬时大规模变形破坏。滑坡上部主要发生张拉变形,中下部主要发生剪切变形。滑坡若受同等级地震荷载长时间作用,易诱发整体失稳。(4)选用全长式抗滑桩对高家房基滑坡进行治理,并采用枚举法,基于单一变量原则,对设桩位置、桩间距、锚固深度等抗滑桩主要设计要素优化进行数值模拟研究。(1)当设桩位置由滑坡下部向上部移动时,滑坡稳定性先增加后减小。当抗滑桩设置于滑坡中上部时,能够使极限状态下桩前桩后土体共同达到塑性状态,充分发挥滑坡土体的抗剪强度,滑坡整体安全系数较高。这与高家房基滑坡变形破坏模式为推移式滑动相吻合,此处设桩能够有效降低上部土体对下部土体的加载作用,减小滑坡整体变形。(2)桩间距越小,滑坡安全系数越高。随桩间距增大,桩前土体的最危险滑动面与桩后土体的最危险滑动面逐渐相连,桩间土体的楔紧作用逐渐减弱,滑坡整体稳定性逐渐降低。综合考虑治理有效性和经济性,对于高家房基滑坡确定桩间距为5m。(3)锚固深度越大,滑坡安全系数越高。但通过增加锚固深度提升滑坡稳定性的效果并非无限制的,当锚固深度增至一定深度后,滑坡安全系数将保持稳定。综合考虑治理有效性和经济性,对于高家房基滑坡确定锚固深度为2/5桩长。(4)依据抗滑桩主要设计要素优化结果提出等间距布置抗滑桩的滑坡治理方案。并考虑滑坡横向变形特征及治理经济性,采用不等间距布设的方式对治理方案进行优化,将优化前后的方案应用于滑坡主体模型中检验其治理效果。结果表明优化前后方案均能对滑坡起到较好的加固作用,强度储备满足滑坡治理设计要求。证明以不等间距布设的方式对原设计方案进行优化是可行的,不仅能有效提升滑坡稳定性,还能降低滑坡治理成本。
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