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编前语
大家都知道上海的大部分地区地质结构不稳定，长三角地区下渗水均特别严重，松软的地层曾导致了不少重大事故，而像上海世茂深坑酒店这种“挂在”坑壁上的，这对施工建设是极大的挑战，地质勘测的重点就集中在矿坑岩壁强度是否足够支撑整座酒店结构。
今天52监测网小编就来带大家看看上海世茂深坑酒店工程边坡稳定性是如何监测的。
上海世茂深坑酒店边坡稳定性监测采用三维有限无数值模拟，分析支护前后边坡应力、位移变化及稳定性情况，并对边坡坡顶的水平、垂直位移和预应力锚索轴力值实时监测。
结果表明: 支护后边坡的应力和位移值明显降低而边坡的安全系数提高了7.63%。考虑到崖壁风化严重，降雨时岩体强度将迅速降低，提出对崖壁进行布置钢筋网并喷浆的完善方案。
通过计算值与实测值对比，发现两者吻合度较高，说明三维数值模拟解决此类高边坡问题的可行性。研究结果表明此支护结构具有良好的固坡效果，边坡的稳定性良好。
先来谈一谈为什么采用三维稳定分析？
在边坡稳定分析中，将边坡进行适当的简化处理，并进行二维分析是常用的手段。
但是很多情况下直接对边坡进行三维稳定分析有其重要的意义，这是由于自然界中发生的滑坡绝大多数呈三维状态，三维分析可以更加真实地反映边坡的实际状态，而且有些情况一定要使用三维分析。
例如：洞口开挖边坡，由于开挖仅在一个有限宽度内进行，如果采用二维分析，等于假定开挖面是无限长的，显然与实际情况出入较大。
因此在边坡工程设计和安全评估中，考虑三维稳定分析，可以获得更加符合实际的分析成果。
随着计算机的飞速发展，有限元法因具有适于处理非线性、非均质和复杂边界等问题的优点，不断地应用于边坡工程的数值计算中。
本文以上海松江辰花路2号地块上海世茂天马深坑酒店项目(以下简称深坑酒店)为依托，在地质调查和室内资料分析的基础上，采用Abaqus有限元软件进行三维模拟分析。
研究边坡支护前后的应力、位移及稳定性情况，并通过强度折减法计算安全系数。通过模拟的计算值和现场实测值的分析，评估边坡稳定性，为工程建设和施工提出安全性评价及合理意见。
1 工程概况
深坑酒店项目选址天马横山旧矿场形成的深坑，邀请迪拜帆船酒店设计团队一一英国阿特金斯进行设计。
深坑呈椭圆形，东西长约240m，南北宽约160m，最深处距地表约70m，边坡较陡，坡角约为80°，在深坑范围内共有4条微断层，如图1所示。
场地内分布多处基岩残丘，基岩埋藏深度一般在0-60m，主要由侏罗系上保罗统黄尖组天马山地区中偏酸性火成岩组成，岩性较为单一，从场地内出露岩石情况及采取岩样分析，其均为黄尖组上段(J3h3)安山岩。
根据现场工程地质调查，场地的主要地层岩性如下：
①全风化安山岩结构
基本破坏，但尚可辨认，有残余结构强度，夹残积土，标高在-7.900-3.700m。
②强风化安山岩结构
大部分破坏，风化裂隙很发育，矿物成分显著变化，岩体较破碎，遇水易松散，标高在-16.700--7.900m。
③中风化去山岩结构
部分破坏，延节理面有方解石、黄铁矿等次生矿物，风化裂隙发育，标高在-45.300--16.700m。
④微风化安山岩
结构基本未变，可见原生柱状节理，节理面有渲染或略有变色，标高在-116.200--45.300m。
自2000年采石结束至2008年施工前，坑周围没有大型工程施工，没有出现明显位移变化，边坡已经基本稳定。
施工后，因施工超载，边坡稳定性受到影响，因此对边坡进行预应力锚索和锚杆加固。
为了及时收集、反馈和分析深坑边坡支护结构的变形信息，实现信息化施工，确保施工和酒店运行的安全，根据施工现场环境条件和设计单位规定，对本工程进行监测，监测点位置如图2所示。
2.1 坡顶水平及垂直位移监测
在坡顶选择40个点进行监测，编号B1-B40，其中B3-B24布设在截面尺寸为3200mmx2250mm的建筑大梁上，监测周期为半月1次。
监测点用钻机钻孔至2m深，倒入0.5m厚的混凝土，再将长1.5m且底部焊有方形铁板的φ20螺纹钢筋放入孔内并用混凝土将其固定。
沉降监测采用徕卡NA2+GMP3精密水准仪及相应的铟瓦水准标尺，水平位移监测采用J2经纬仪。
沉降监测采用绝对高程系统，每次观测均形成闭合或附合观测路线，同时工作中按国家二等水准测量各限差要求进行测量，并符合国家二等水准的各项精度要求，水平位移采用视准线法。
2.2 预应力锚索工作应力监测
采用GK-4900系列锚索测力计和美国Campbell公司的CR1000自动数据采集系统，对6个预应力锚索(MS1-MS6)监测，自动采集锚索应力，通过无线方式自动传输到现场办公室，监测周期半个月1次。
锚索测力计应置于锚板和锚垫板之间，并尽可能保持三者同轴。在加载时直对钢绞线采用整束、分级张拉，使锚索计受力均匀。
不推荐单根张拉的加载方式，因单根张拉后的实际荷载往往比预期的要小，同时会产生一定的偏心荷载。加载后，应在荷载稳定后读数。
3 计算模型及力学参数
本文考虑周边环境对深坑的影响，采用Abaqus分析软件分别建立天然工况和支护工况下的三维有限元模型，如图3所示，沿基坑长轴方向为z方向，短轴方向为y方向，深度方向为z方向。
采用Drucker-Prager准则，研究椭圆形边坡在两种工况下的应力场、位移场以及塑性破坏区的发育演化规律。
对岩石进行室内静三轴和动三轴试验，得到计算参数如表1所示。
4 计算模型数值分析
4.1 应力场分析
边坡模型在支护前后两种工况下的大主应力和小主应力分布规律大致相同。除坡顶、坡底局部区域处于拉应力状态外，边坡主要受压，应力主要集中在坡脚处，如图4，5所示。
支护前最大拉应力为1.23MPa，最大压应力为3.54MPa；支护后最大拉应力为1.01MPa，最大压应力为3.72MPa。支护后边坡的拉、压应力都有一定程度的降低，表明支护方案起到了良好的效果。
4.2 位移场分析
根据位移云图，得到B13-B175个测点的水平、垂直位移计算值，如图6所示。位移最大值出现在B15点，水平位移由支护前的2.2mm降为支护后的1.6mm，垂直位移由4.3mm降为2.7mm。
B15测点是材料进场堆放位置，故水平、垂直位移最大。随着离B15距离的增加，位移依次减少，且水平位移减少的更快。
坡体的位移指向坡内向下，支护后的位移分布规律与支护前大致相同，只是加固后单元节点的水平及垂直位移值减少，表明锚杆锚索的支护方法有效地限制了边坡的变形，起到了良好的加固作用。
4.3 计算结果与监测结果的对比分析
计算结果和实测结果均表明，所有监测点中B15附近的水平、垂直位移最大。图7为B15点支护前后位移的计算值和实测值对比情况。
实测值表明：
材料进场后位移剧增，随着材料的消耗，出现回弹，因浇筑建筑大梁进行第1次小规模爆破，位移增加，支护后位移明显减小，因崖壁需平整，进行第2次小规模爆破，位移增加，随着时间推移，位移逐渐减小，趋于稳定。
实测值虽有波动，但与计算值两者重合度较高，表明计算模型准确地模拟了此高边坡，同时为解决类似高边坡工程问题提供了研究方法。
5 高边坡稳定性分析
近5个月锚索的轴力实测值如表2所示。MS3因靠近材料堆放场，堆载大，在6根锚索中轴力最大，其余5根随着与MS3距离的增加，轴力依次减小。
随着时间的推移，锚杆可能出现应力松弛，每根锚索轴力逐渐减小，在5月15日，各锚索出现轴力最小值，之后因工程需要进行了最后一次爆破，轴力值短暂的增大后最后趋于稳定。
轴力值虽有波动，但均远小于材料允许值，每根锚杆变化趋势相同，工作性能良好，较好地平分边坡的下滑力，锚索处于安全工作状态，此外，支护后水平、垂直位移均有所降低。表明支护结构效果良好，此高边坡处于稳定状态。
通过强度折减法求得两种工况下的安全系数分别为1.6375和1.7625，施工支护后，安全系数提高7.63%。
考虑到崖壁风化严重，以及降雨作用下岩体强度迅速降低，因此建议该工程采取进一步加固措施：对椭圆形边坡崖壁进行布置钢筋网井喷浆处理，使边坡更加稳定安全。
小编总结
1)考虑周边环境对椭圆形深坑的影响，建立三维有限元模型，将水平和垂直位移的数值模拟计算值与实测值比较，二者吻合度较高，说明计算模型准确地模拟了此高边坡，同时为解决类似高边坡工程问题提供了研究方法。
根据计算结果和坡体实际情况，提出进一步改进方案，以便更有效在确保该高边坡的稳定性。
2)对于高边坡工程，坡面存在一定范围的拉应力，支护结构使拉应力一定程度的降低，同时降低了水平和垂直位移，支护结构起到了良好的效果。
3)各锚索轴力值虽有波动，但和支护后水平、垂直位移一样，均远小于允许值，表明施工各个阶段边坡稳定性良好，为此类高边坡的加固提供参考意见。
4)边坡对材料堆载较敏感，尽量避免材料大密度的进场。
参考文献:
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