摘要
为治理某滑坡，基于现场勘察资料构建了边坡数值分析模型，以边坡特征点位移出现拐点为判据，采用强度折减法确定边坡天然工况稳定性系数为1.05，该边坡稳定性水平不满足工程规范要求，处于欠稳定状态。结合数值分析结果、专家现场分析意见及边坡加固措施的作用机理，确定了3种加固治理方案，方案1为“圆形抗滑桩+锚杆+截排水”，方案2为“方形抗滑桩+圆形抗滑桩+锚杆+截排水”，方案3为“方形抗滑桩+圆形抗滑桩+截排水”。基于有限元数值模型分析边坡岩土体、抗滑桩和锚杆的应力场、位移场及坡体稳定性系数变化，计算得到3种加固方案对应的边坡天然工况稳定性系数分别为1.39、1.28、1.18，分别较加固前提升了32.4%、21.9%、12.4%。经综合对比3种加固方案的加固措施和坡体应力、位移变化及其加固效果和经济性水平，综合确定方案1为最终加固方案。
边坡稳定性分析和加固治理是土木工程领域中的重要研究方向之
国内外专家学者对于边坡稳定性分析和加固治理做了大量研究。在边坡稳定性分析方面，张文莲
现有研究构建了许多边坡稳定性理论分析模型和技术方法体系，并结合实际工程得到了很好的验证，对边坡稳定性分析的技术发展具有重要的推动作用。但在现场资料与实验、模拟等手段的结合度方面存在不足，易导致分析结果与实际情况存在偏差，且缺乏多种加固方案比选分析，进而导致加固效果欠佳，形成潜在风险。
基于此，本文以现有资料为基础，针对福建省龙海市一边坡工程构建数值模型，分析边坡整体稳定性，提出和对比分析了3种加固方案，在验证方案可行性基础上确定了边坡的最优加固方案，该研究过程不仅克服了传统分析方法的局限性，并充分利用了现场资料和数值分析技术的优势，为边坡稳定性分析及加固治理提供了重要的参考思路。
边坡位于福建省漳州市龙海市沿海大通道镇海至关头段，场地原始地貌属丘陵缓坡，地势平缓，坡度8°~12°，标高50~109 m，年降雨量1050~1300 mm。场地岩土层主要为杂填土、粉质粘土和玄武岩残积砂质粘性土及全、强风化岩，地下水主要为孔隙-网状裂隙潜水和基岩裂隙潜水。滑坡长约140 m、宽约125 m、平均厚度约4 m、总体积约70000
图1 边坡全貌
Fig.1 Overall view of the slope
以滑坡主滑面为研究对象，通过现场勘察得到主滑面地质构造如
图2 边坡地质构造
Fig.2 Geological structure of the slope
| 类别 | 重度/(kN· | 粘聚力/kPa | 内摩擦角/(°) | 弹性模量/MPa | 泊松比 |
|---|---|---|---|---|---|
| 滑带土 | 18.2 | 6.5 | 26.7 | 19 | 0.3 |
| 粉质粘土 | 20 | 23 | 16.4 | 15 | 0.35 |
| 杂填土 | 18.2 | 8 | 28 | 20 | 0.17 |
| 强风化玄武岩 | 22 | 24 | 25 | 300 | 0.37 |
| 中风化玄武岩 | 24 | 40 | 72 | 1500 | 0.3 |
| 桩体 | 24 | - | - | 30000 | 0.2 |
| 锚杆 | - | - | - | 200000 | 0.35 |
对主滑面构建有限元数值分析模型，由于边坡坡形不规则，采用三角形单元（Tri）进行划分时，网格出现畸形，导致计算不收敛，故采用四边形单元（Quad）进行网格划分（如
图3 边坡数值模型
Fig.3 Numerical model of the slope
通过计算得到边坡主滑面的竖向应力云图和位移云图如
图4 主滑面竖向应力云图
Fig.4 Vertical stress cloud of the main landslide surface
图5 主滑面位移云图
Fig.5 Displacement cloud of the main landslide surface
从
图6 边坡稳定性系数变化曲线
Fig.6 Stability coefficient variation curve of the slope
从
滑坡的常用加固措施包括挡土墙、锚杆（索）挡土墙、岩石锚喷支护、抗滑桩、锚固法、土质改良法等，考虑该滑坡主滑面为坡体上部浅层杂填土和粉质粘土的局部滑动破坏，适宜采用抗滑桩进行坡体加固，其相对挡土墙、锚固法、土质改良法等更经济和布设便捷。考虑加固措施的长期有效性，抗滑桩加固法相对喷射混凝土更有效。将抗滑桩嵌固段布设于强风化、中风化玄武岩内可有效防止上部土层的滑动。
由于圆形抗滑桩相对方形抗滑桩的受力作用面积更小，在滑动区域布设圆形抗滑桩+锚索可有效防止土层滑动，其作用效果为：布设于中部的圆形抗滑桩可对上部土体进行阻滑，且下部锚索对圆形抗滑桩下缘土体可进行固定并加固抗滑桩；在滑动区域布设方形抗滑桩+锚索也可有效防止土层滑动，其作用效果为：布设于上部的锚索对滑动土体进行初步稳固，配合下部受力作用面积更大的方形抗滑桩对滑动土体进行整体加固；在滑动区域的上中下部分别布设方形抗滑桩可实现滑动区域的分段阻滑，其作用效果为：利用上部抗滑桩进行第一阶段的阻滑和卸力，中部和下部抗滑桩分别进行第二阶段、第三阶段的阻滑和卸力。同时，为防止坡体下部区域滑动及雨水入渗降低岩土体抗剪强度，考虑经济成本和整体加固效果，在坡体下部布设圆形抗滑桩进行加固，并在坡顶增设截水沟，以实现边坡的综合加固。综合现场勘察、专家评审和加固前边坡的稳定性情况，最终确定了3种加固方案，方案1：圆形抗滑桩+锚杆+截排水；方案2：方形抗滑桩+圆形抗滑桩+锚杆+截排水；方案3：方形抗滑桩+圆形抗滑桩+截排水，在坡顶外2 m处设置矩形截水沟，采用C20素砼浇筑，具体方案布设如
图7 边坡加固方案
Fig.7 Reinforcement Program of the slope
构建加固后边坡有限元模型并进行数值分析，加固方案中所使用抗滑桩和锚杆的物理力学参数参见
图8 不同加固方案的边坡竖向应力云图
Fig.8 Slope vertical stress cloud of different reinforcement program
图9 不同加固方案的边坡位移云图
Fig.9 Slope displacement cloud of different reinforcement program
从
锚杆变形前后的应力、位移云图如图
图10 锚杆变形前后应力云图
Fig.10 Stress cloud before and after anchor deformation
图11 锚杆变形前后位移云图
Fig.11 Displacement cloud before and after anchor deformation
抗滑桩变形前后的应力、位移云图如图
图12 抗滑桩变形前后应力云图
Fig.12 Stress cloud before and after deformation of anti‑slip pile
图13 抗滑桩变形前后位移云图
Fig.13 Displacement cloud before and after deformation of anti‑slip pile
以边坡台阶拐点为追踪研究点，得到各加固方案下的边坡稳定性系数变化曲线如
图14 各加固方案下边坡稳定性系数变化曲线
Fig.14 Variation curve of slope stability coefficient under each reinforcement scheme
加固效果评价：应力云图显示，方案1滑动区域的最大竖向应力为13.59 Pa，相比方案2增加了5.19%，相比方案3减少了65.9%，表明加固后滑动区域的错动挤压程度为方案3>方案1>方案2，即方案1与方案2的抗滑效果相近，方案3的抗滑效果最差。位移云图显示，方案1滑动区域的整体位移最小，方案2最大，方案3居中，表明方案1的抗滑作用最有效。方案1锚杆的整体变形小于方案2，表明方案1中抗滑桩的承载受力大于方案2。方案1抗滑桩的最大应力变形为31.06 kPa，相比方案2增加了94.1%，相比方案3减少了76.1%，且抗滑桩最大位移为方案3>方案1>方案2，表明方案1抗滑桩产生的抗滑作用最有效，且桩体抗剪强度高。方案1整体稳定性系数为1.39，大于方案2和方案3。即整体加固效果为方案1最优。
经济性评价：由于3种方案均在坡体下部布设了等长和等桩径的圆形抗滑桩，其成本一致，即仅分析坡体上部方案的布设差异。方案1上部布设了2根21 m长的圆形抗滑桩和40、30 m长的锚杆，方案2上部布设了40 m长的2根锚杆、36 m长的2根锚杆及1根21 m长的方形抗滑桩，方案3上部布设了1根长25 m的方形抗滑桩和2根21 m长的方形抗滑桩。材料成本方面，方桩>圆桩>锚杆，即方案3材料成本最高，方案1和方案2材料成本相近。施工成本方面：方桩>圆桩>锚杆，即方案3施工成本最高，方案1次之，方案2最小。施工技术难度方面：锚杆>方桩>圆桩，即方案2施工技术难度最高，方案3次之，方案1最小，表明方案1的施工周期相对更短。整体经济性评价为方案1最优。
综合考虑3种加固方案的加固效果和经济性评价结果，推荐采用方案1进行边坡加固。
（1）加固前边坡稳定性系数为1.05，不满足规范要求，表明边坡处于欠稳定状态。
（2）3种加固方案对应的边坡稳定性系数分别为1.39、1.28、1.18，较加固前边坡稳定性系数分别提高了32.4%、21.9%、12.4%，表明3种加固方案均有效提升了边坡稳定性。
（3）加固方案1和加固方案2对应的边坡稳定性系数均满足规范加固要求，而加固方案3不满足，综合考虑各方案中抗滑桩和锚杆的应力场、位移场变化及边坡加固效果和经济性评价结果，确定采用方案1为边坡的最终加固方案。
（4）本文以现场资料为基础构建数值分析模型，针对滑坡特点制定加固方案，综合现场资料和数值分析计算手段进行方案比选，以加固效果和经济性为评价指标确定最适宜加固方案，构建了一套完整的边坡稳定性分析及加固治理技术体系，对于类似浅层混合质实际边坡工程的滑动破坏可提供重要参考，技术体系可进行直接沿用。
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