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1、土钉倾角对边坡稳定性影响研究第23卷专刊2009年10月资源环境与工程ResourcesEnvironment&EngineeringVo1.23.Sep,0ct..2009土钉倾角对边坡稳定性影响研究.刘大鹏,周建中,唐小兵(1.交通部专业人员资格评价中心,北京100101;2.华中科技大学,湖北武汉430074;3.武汉理_T-大学,湖北武汉430074)摘要:从极限平衡分析法推导的稳定性安全系数公式出发,对土钉倾角对边坡稳定性的影响进行了研究,理论分析和数值计算结果表明,在土钉足够长的条件下,最佳土钉入射角为仰角或水平;在土钉比较短时,最佳土钉入射角为倾斜向下,而且应
2、该是从上到下逐层减少的向下倾角,这与通常认为土钉设置的倾斜度应逐层增加向下倾角的看法相反.关键词:土钉支护;边坡稳定;极限平衡法;安全系数;土钉倾角中图分类号:LJ416.14文献标识码:A文章编号:1671—1211(2009)S2—0086—05O引言近年来,土钉支护技术由于其具有的种种优点而在基坑开挖,边坡稳定等工程中得到了越来越广泛的应用.然而,由于土钉支护的稳定性理论分析研究工作尚不够深入,使得在土钉长度布置方式,土钉倾角等对稳定性影响的看法上仍存在较大分歧.本文从极限平衡分析方法推导的稳定性安全系数公式出发,详细研究了土钉倾角对边坡稳定性的影响,得到了一些有意义的结论.
3、l安全系数的定义和公式的采用同样采用极限平衡分析方法,不同的假设和不同的推导可以得不同的稳定安全系数公式,如文献[1,2]通过假定每个土条安全系数与滑裂面总安全系数相等,获得了关于安全系数的方程,方程两边的表达式均含有安全系数,所以求解时需进行反复迭代,卣至假定的与算出的F非常接近为止.考虑到各种方法推导所获得的安全系数计算公式的计算结果相差并不大,因此本文采用基于瑞典条分法的计算公式.J,该公式推导简单,且安全系数求解无需进行迭代运算,便于运用.土钉支护边坡滑动面的受力如图1所示,假定:①滑动面为圆弧面,破坏形式为主动土体绕圆心C产生微小转动;②滑动面上土的极限平衡条件符合Moh
4、rCoulomb破坏准则,土达到极限状态时,土钉达到抗拉或拔出的极限状态;③忽略条块问的作用力对边坡稳定性的影响;④土条宽度取得足够小,可认为土钉拉力作用在土条底边中点.定义稳定安全系数为F=MR(1)式中:MR为抗滑力矩;为滑动力矩.图1土钉支护边坡及土条受力分析设支护边坡共有m层土钉,将滑动土体分成凡条.取具有单位厚度的条块进行分析,作用于条块J.上的力有土体自重,地面超载Q,,法向反力Ⅳ,切向力S,和土钉拉力.条块含有土钉时为该土钉的极限拉力,不含土钉时为零.根据径向力平衡条件和滑动面上极限平衡条件,可求得法向力和切向力,进而求得滑动面上的力对圆心产生的滑动力矩和抗滑力矩,代
5、人式(1)整理,得nm∑+(+Qi)cosctjtg~oj]+∑1L(c0+si魄tgo)=————————————一(+Qi)sinai:1(2)式中:c,为土条在滑动面处土体的粘聚力(kPa);为内摩擦角(.);为土条在滑动面处的切线倾角;f,为土条收稿日期:2009—04—29作者简介:刘大鹏(1969一),男,高级工程师,博士,从事交通工程管理及岩土工程科研工作.E—mail:1zh690421@sohu.c0mo本文已在《工程勘察》杂志发表,2006(1):8-11.专刊刘大鹏等:土钉倾角对边坡稳定性影响研究的底边长(m);Q,为土条上的超载;S为土钉水平间距(n1)为第
6、根土钉与滑动面切向的夹角(.);钆为第L根土钉在滑动面位置的土体内摩擦角(.).式(2)中滑动面上任一土钉的抗拉能力按下列公式计算,并取其中的较小值:土钉拔出强度条件:TL=7cDr(3)土钉拉断强度条件:TL=Ky(4)设边坡滑弧半径为R,在图2所示坐标系下圆心C坐标为(,Y.),第L根土钉在坡面的锚固点距离坡顶为,土钉与水平面夹角为0,与滑弧的交点坐标为(,Y),则滑弧交点处的切线与水平线的夹角OL满足,一tgctr=(5)交点坐标(,Y)和圆心坐标(,Y.)可求解如下:滑弧曲线方程为Y=Y.+,/R.一(—.),滑弧出口点日和顶点.在曲线上,且=0,Y.=0,于是有式中:D为
7、孑L径(m);d为钉径(m);.为土钉穿过滑面的锚固长度(m)为钢筋屈服强度(kPa);r为土钉抗拔界面粘结强度(kPa);K为钢筋屈服强度的安全系数.I天lI2土钉对稳定性安全系数的影响…考虑直立边坡,共有k层土体,第根土钉与滑动面切向的夹角,与土钉入射角0及土钉在滑面交点处切线夹角oL的关系为=oL+0,如图2所示.于是1L,IAEIl,)1/——LBk.图2土钉方位及其与滑面夹角的关系tgotL=O=Yc+,/R2一(.一c)(6)ty=Yc+~/尺一=f.
