深坑主題樂園大擺錘崖壁邊坡穩(wěn)定性分析

褚騰峰

上海同納建設(shè)工程質(zhì)量檢測有限公司 上海 200232

1 工程概況

主題樂園中大擺錘占地面積為11.0m×11.0m，高度為22.2m，其設(shè)備基礎(chǔ)荷載如圖1所示。從圖1中可知，大擺錘運(yùn)行的最大豎向荷載約為2×280=560kN，最大彎矩為2×（62+42）=208kN/m。大擺錘由四根柱子進(jìn)行支撐，每根柱子底下布置6根灌注樁，灌注樁的長度平均為11.7m，樁徑為800mm。大擺錘距離崖壁邊的最近距離約為12.0m[1]。

圖1 大擺錘結(jié)構(gòu)示意圖

2 穩(wěn)定性核算

根據(jù)本項目的實際情況，本項目擬對大擺錘區(qū)域崖壁邊坡整體穩(wěn)定性、F3斷裂帶結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性兩個方面進(jìn)行分析。本項目邊坡安全性等級為一級，根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》GB50030-2013第5.3.2，穩(wěn)定系數(shù)控制標(biāo)準(zhǔn)為1.35。

2.1 靠近大擺錘的崖壁邊坡整體穩(wěn)定性分析：有限元法

大擺錘運(yùn)行的最大荷載約為560kN，最大彎矩為208kN/m。本項目采用巖土工程大型通用有限元軟件Plaxis2D對邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析，分析方法采用軟件內(nèi)嵌強(qiáng)度折減法。

這種方法在國外20世紀(jì)80年代就開始采用，隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，特別是巖土材料的非線性彈塑性計算技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了許多適合于巖土材料的大型通用數(shù)值軟件，如Plaxis、Flac等均嵌入了強(qiáng)度折減法的思想，并且其前、后處理的功能非常強(qiáng)大，使得強(qiáng)度折減穩(wěn)定分析方法越來越為人們所應(yīng)用。該方法不但滿足力的平衡條件，而且考慮了材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系、筋材與土體的變形協(xié)調(diào)，所以更能反映巖土體的實際工作狀態(tài)，使得計算結(jié)果更加精確合理[2]。

大多數(shù)邊坡的滑坡都屬于漸近破壞，滑坡的主要原因是由于土坡在風(fēng)化、吸水飽和、應(yīng)變軟化等因素下土體的抗剪強(qiáng)度會逐漸降低。因此通過抗剪強(qiáng)度的折減，可以使土坡達(dá)到破壞的臨界狀態(tài)，這時的折減系數(shù)定義為邊坡穩(wěn)定的安全系數(shù)。對巖土體的抗剪強(qiáng)度進(jìn)行折減的程度，即巖土體的實際抗剪強(qiáng)度與臨界破壞時折減后的抗剪強(qiáng)度的比值，具有強(qiáng)度儲備系數(shù)的物理意義。為了和傳統(tǒng)方法形式上取得一致，以及在折減計算過程中保持流動法則的協(xié)調(diào)，把折減強(qiáng)度參數(shù)按如下形式進(jìn)行折減：

式中：c、φ為土體能夠提供的抗剪強(qiáng)度；為維持平衡所需的抗剪強(qiáng)度，即實際抗剪強(qiáng)度；sF為安全系數(shù)。

強(qiáng)度折減法中安全系數(shù)可以通過2-1式直接得出，不需要假定滑裂面的形式或位置，還可以考慮邊坡的漸進(jìn)破壞過程，并得到臨界滑動面的位置。

大擺錘處邊坡有限元網(wǎng)格如圖2所示。土層分層根據(jù)勘察報告中F-F’工程地質(zhì)剖面圖確定。

圖2 有限元網(wǎng)格圖

圖3 考慮動荷效應(yīng)下邊坡穩(wěn)定性分析結(jié)果

大擺錘作用荷載根據(jù)設(shè)計文件確定，考慮動荷效應(yīng)后的單柱荷載為560kN，如圖3所示。計算得到的邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)為1.49。邊坡整體性穩(wěn)定滿足設(shè)計要求[3]。

2.2 F3斷裂帶結(jié)構(gòu)面的穩(wěn)定性分析：極限平衡法

由于大擺錘距離F3斷裂帶較近，最近處約為45m左右，為此需對增加大擺錘后的F3斷裂結(jié)構(gòu)面穩(wěn)定性進(jìn)行分析。采用方法為極限平衡法，即要求抵抗力與下滑力的比值達(dá)到安全系數(shù)以上。采用理正巖土專業(yè)軟件對F3斷裂帶結(jié)構(gòu)面的穩(wěn)定性分析，計算得出安全系數(shù)為1.392。

3 結(jié)束語

根據(jù)以上穩(wěn)定性分析，可知：增加大擺錘后，其周邊的崖壁邊坡仍整體處于穩(wěn)定狀態(tài)。距離大擺錘較近的F3斷層結(jié)構(gòu)面處于穩(wěn)定狀態(tài)。故在運(yùn)營過程中，大擺錘區(qū)域區(qū)域均不會出現(xiàn)崖壁邊坡失穩(wěn)問題。由于本場地巖石節(jié)理發(fā)育，在雨水和風(fēng)蝕作用下，懸崖坡體發(fā)生小石塊掉落等現(xiàn)象難以避免，深坑的水上項目應(yīng)采取布置警戒帶等措施進(jìn)行防避。由于理論分析的局限性，建議在大擺錘區(qū)域布置若干個監(jiān)測設(shè)備，以隨時監(jiān)測土體的沉降與位移，防止位移由量變到質(zhì)變，及時對場地穩(wěn)定性進(jìn)行預(yù)警。