某弃渣场项目边坡加固工程

一、  工程概况

　　某弃渣场紧挨高速公路，原地貌较陡峭，约30.8°，原地表为田地，局部为水田。原设计弃土场位于黄腊河对岸河里村西侧沟谷内，地形较好。该弃土场现在尚处于稳定状态，但稳定度不高。现场勘察发现弃土场顶部平地建有临时工棚，工棚地面开裂严重。虽经历雨季尚未整体垮塌，但难以代表最不利状态，无法保证设计年限内安全，因此，需对该边坡进行加固。

二、  岩土参数

弃渣体整体稳定图

三、   第一部分：边坡稳定性分析

1．加固方案一：锚索加固

（1）天然边坡稳定性分析

边坡稳定性验算 (毕肖普法(Bishop))

安全系数 = 0.67 < 1.10

边坡稳定性不满足要求

（2）挖方边坡稳定性分析

　　施加锚索前，先对边坡进行一定的挖方，降低上部边坡的坡率。稳定性计算如下：

边坡稳定性验算 (毕肖普法(Bishop))

安全系数 = 0.88 < 1.10

边坡稳定性不满足要求

（3）加锚索后边坡稳定性分析

1）整体稳定性 - 最危险圆弧

边坡稳定性验算 (毕肖普法(Bishop))

安全系数 = 1.07 < 1.10

边坡稳定性不满足要求

2）局部稳定性 - 最危险圆弧滑面

边坡稳定性验算 (毕肖普法(Bishop))

安全系数 = 1.20 > 1.10

边坡稳定性满足要求

Slide计算结果（Bishop）

　　可以看到，Slide计算结果和GEO5基本一致，本例中，Slide稍微偏大，但误差在允许的范围内。虽然局部稳定性满足设计要求，但是整体稳定性无论是GEO5的计算结果还是Slide的计算结果，均不满足设计要求。

2. 加固方案二：抗滑桩加固

　　抗滑桩宽2m，抗剪强度2000kN，桩间距4m。在GEO5中是采用抗剪强度等效的岩土材料来模拟抗滑桩，取其内摩擦角φ=0°，粘聚力c值按下式计算：

c = T/(L*D)

其中：

　　c – 岩土材料的等效粘聚力；

　　T – 抗滑桩抗剪强度；

　　L – 抗滑桩桩间距；

　　D – 抗滑桩宽度或直径。

　　计算得到抗滑桩材料的c = 250kPa。因此，设置一种φ= 0°、c = 250kPa、γ= 25kN/m3的岩土材料作为抗滑桩材料，并在剖面图中划分出一块宽2m，长21.5m的区域作为抗滑桩。

（1）挖方后边坡稳定性分析

　　施加抗滑桩前首先对边坡进行挖方，降低坡率。稳定性计算如下：

边坡稳定性验算 (毕肖普法(Bishop))

安全系数 = 0.94 < 1.10

边坡稳定性不满足要求

（2）施加抗滑桩后边坡稳定性分析

边坡稳定性验算 (毕肖普法(Bishop))

安全系数 = 1.11 > 1.10

边坡稳定性满足要求

台阶边坡局部稳定性：

边坡稳定性验算 (毕肖普法(Bishop))

安全系数 = 1.15 > 1.10

边坡稳定性满足要求

边坡稳定性验算 (毕肖普法(Bishop))

安全系数 = 1.14 > 1.10

边坡稳定性满足要求

滑面穿过挡墙的整体稳定性：

边坡稳定性验算 (毕肖普法(Bishop))

安全系数 = 1.13 > 1.10

边坡稳定性满足要求

Slide计算结果（Bishop）

　　可以看到，Slide计算得到的最危险滑面和GEO5基本一致，本例中，Slide稍微偏大，安全系数为1.13，GEO5为1.11。可能在抗滑桩对边坡稳定性的作用方面，两者略有区别，但误差在允许的范围内。从计算结果可以看出，无论是GEO5的计算结果还是Slide的计算结果，均满足设计要求。

四、  第二部分：重力式挡土墙稳定性分析

1．挡墙尺寸

2．倾覆滑移验算

倾覆稳定性验算

安全系数 = 3.55 > 1.60

倾覆稳定性验算满足要求

滑移稳定性验算

安全系数 = 1.32 > 1.30

滑移稳定性验算满足要求

3．承载力验算

　　运行GEO5的“扩展基础模块”进行承载力验算

地基承载力: 　　　fa=2051.37kPa

基底平均应力：    Pk=234.16kPa

地基承载力：       1.2fa=2461.64 kPa

基底最大应力：    Pk,max= 273.65kPa

基底最小应力：    Pk,min=194.68kPa

竖向承载力验算满足要求

五、 第三部分：有限元分析

1. 加固方案一：锚索加固

　　将GEO5「土坡模块」中所建模型导入GEO5「岩土工程有限元分析计算模块」（以下简称「有限元模块」），建立有限元模型，并采用强度折减法得到边坡的安全系数和等效塑性应变分布。

岩土材料补充参数如下：

建模流程和计算结果如下：

（1）建模阶段：模型建立，网格划分

　　模型网格划分结果如下图所示

（2）天然边坡等效塑性应变分布

安全系数Fs = 0.53

（3）挖方后的边坡等效塑性应变分布

安全系数Fs = 0.66

（4）施加锚杆后的边坡等效塑性应变分布

安全系数Fs = 1.01

2．加固方案二：抗滑桩加固

　　所有岩土材料参数与加固方案一一样。类似于极限平衡，同样也采用一种岩土材料来模拟抗滑桩，其强度参数和极限平衡中一样。

（1）建模阶段：模型建立，网格划分

　　模型网格划分结果如下图所示

（2） 挖方后的边坡等效塑性应变分布

安全系数Fs = 0.73

（3）施加抗滑桩后的边坡等效塑性应变分布

安全系数Fs = 1.15

六、总结

　　结合GEO5「土质边坡稳定分析」、「重力式挡土墙设计」、「岩土工程有限元分析计算」模块，对李家寨弃渣场项目边坡加固工程两种不同的方案进行了分析和计算，很好的解决了复杂岩土工程项目的设计问题。同时，该项目还采用Slide进行了计算，计算结果和GEO5基本相同，说明GEO5在计算准确性上是可信的，且建模效率和计算效率也很高。

　　从最终GEO5的计算结果可以看出，加固方案二满足设计要求。在其他一些项目中，还使用了GEO5边坡系列和挡墙系列的其他模块，计算结果均满意，这里不再一一列出。