高陡巖質邊坡錨桿

1. 引言
　　（1）在我國經濟迅速發展的今天，各種道路、水、電、城鎮等基礎設施建設迅猛發展[1]，大量山體被開挖，導致了各種形式的地質與環境問題：植被破壞，巖石邊坡裸露，引發了水土流失、泥石流、滑坡等地質災害，人工巖土邊坡不斷增加，同時局部氣候惡化，食物鏈被破壞，嚴重影響生態環境保護與水土保持工作[2]。
　　圖1 錨桿——土工網墊生態護坡技術結構示意圖
　?。?）因此，亟須一種經濟適用、長期有效的巖質高陡邊坡的生態防護技術解決此類問題。目前高陡巖質邊坡穩定性的研究，大多集中于植物根系固土作用，較少將坡面綠化穩定及坡體穩定作為研究內容。鑒于此，本文針對一種巖質高陡邊坡生態防護的新型技術——錨桿——土工網墊噴播生態護坡結構，重點分析其在不同邊坡高度下穩定性，經FLAC3D模擬得到穩定性系數，分析其加固效果。
　　2. 錨桿——土工網墊噴播生態護基本原理
　　錨桿——土工網墊噴播生態防護技術是指在通過錨桿加固邊坡巖體的同時，利用錨桿固定土工網墊，并在土工網墊內噴播植生基材，待植被生長后達到坡面綠化效果，植被根系嵌入淺層巖體，增強淺層護坡作用，將坡面綠化防護與深層固坡有機結合從而使巖質邊坡整體穩定[3]。錨桿——土工網墊噴播生態防護結構主要包括錨桿、土工網墊、植生基質三部分[4]，其結構組成見圖1。 　　3. 數值模擬及計算分析
　　擬采用三種邊坡形式進行數值模擬：A邊坡未支護 、B邊坡進行錨桿土工網墊噴播植草生態護坡但植被未生長、C 邊坡進行錨桿土工網墊噴播植草生態護坡且植被生長比較旺盛。
　　3.1 模型的建立。
　?。?）巖石錨桿——錨索（Cable）單元：FLAC3D內設單元。錨索為彈塑性材料，拉壓屈服。
　?。?）植被主根系——錨索（Cable）單元：模擬忽略側根作用只考慮主根作用，主根生長發育穿過基質進入淺表層巖體形成坡面巖體——基質——根系復合體，它的受力機理和錨桿的錨固機理相同，即抗剪力由摩擦力提供。因此用Cable單元來模擬植被根系。
　?。?）噴播植生層——殼（shell）單元：植生基材由植物種子、粘合劑、植壤土、土壤改良劑、緩釋肥、生物菌肥、保水劑等材料按一定配比均勻混合組成，可視為各項同性的線性彈性材料，因此用shell單元來模擬。
　　（4）復合纖維加筋土體——摩爾——庫倫理想彈塑性模型：植被根系——土工網墊——噴播植生層三者結合形成復合纖維加筋土。使用素土本構模型來代替纖維加筋土本構模型。
　?。?）邊坡巖體擬為摩爾——庫倫理想彈塑性模型，沿邊坡走向取單位長度1米，邊界條件設為底邊為豎向約束，左右兩側水平約束，坡面為自由邊界，屬于平面應力問題。坡體基本網格劃分模型尺寸如圖3、圖4、圖5。為使計算結果更為精確，模擬采用趙尚毅、鄭穎人等提出的計算范圍：坡腳距同側計算邊界為1.5H，坡頂距同側計算邊界為2.5H。經計算本文中邊坡滑裂面位置距坡腳同側邊界幾乎為零，故將其擴大至2H，經計算符合所需精度要求。
　　3.2 模型參數的選取。
　　選用模型的高度分別為35 m、45m、55m，其他主要參數見表1。
　　3.3 計算結果。
　　初始應力為自重應力下，計算所得的豎向應力云圖、剪切應變增量云圖、邊坡滑裂面位置如圖所示。
　　（1）同種生態結構支護下不同高度剪切面、X方向位移比對。
　　圖3 高度分別為35M、45M、55M生態護坡的安全系數、剪切應變圖
　　圖4 高度高度分別為35M、45M、55M生態護坡的X向位移等值線圖
　　圖5 35M高度下分別為未支護、錨桿支護、生態支護的滑裂面位置
　　（2）不同支護條件下同種邊坡高度滑裂面位置比對。
　　3.4 結果分析。
　?。?）在不同的高度、不同的支護類型下，高陡巖質邊坡的穩定安全系數計算結果如表2所示。
　?。?）從計算結果橫向、縱向對比表明，隨著高度的增加，邊坡的穩定性隨之下降，并且采用錨桿——土工網墊噴播植草護坡結構比同等支護條件下錨桿支護所得的安全系數有小幅度的提高。植被的根系在地表淺層范圍內分布廣泛，雖然本模擬只取了主根的錨固作用忽略了側根，但是從結果中可以看出應用此項生態護坡技術，不僅提供了邊坡的穩定性，而且達到了綠化、美觀的效果。
　?。?）從圖3至圖4，隨著邊坡高度的增加，滑裂面的位置明顯向坡體后側移動，坡頂和坡腳處的塑性變形逐漸增大，相同的支護條件下，單純的提高邊坡的高度，邊坡的穩定性會明顯的降低。從圖5，滑裂面處的塑性變形逐漸的縮小，在未支護的時候邊坡穩定安全系數為1.15，通過此項生態護坡技術支護后穩定安全系數為1.3，滿足規范的要求。
　　　結論
　?。?）隨著邊坡高度的增大，邊坡穩定性系數普遍呈降低趨勢，邊坡高度變化程度成為影響邊坡穩定性的主要因素。
　?。?）經復合型錨桿——土工網墊噴播結構進行加固后邊坡穩定性顯著提高，因此，該技術可用于高陡巖質邊坡的生態防護，且加固效果良好。
　?。?）該支護體系植被根系加固作用不可忽略，其對邊坡淺層穩定性的影響起決定性作用，但本文忽略了植被固有的生命屬性，如根系生長周期、根系無限生長性以及根系分泌物等，因此，從植被的固有生命體系出發，從微觀的角度分析其淺層穩定性將更加的復合實際。