强震区顺层岩质边坡抗震桩锚组合结构动力性能优化及稳定性评估研究

Research on Dynamic Performance Optimization and Stability Evaluation of Seismic Pile-Cable Composite Structure for Bedding Rock Slope in Meizoseismal Areas

摘要

岩质边坡抗震稳定性是强震区工程建设面临的关键科学问题.针对普通支挡结构在强震作用下易失效的问题，研发和优化抗震支挡结构成为当前工程地质领域的重要研究方向.以云南省鲁甸县某高速公路软硬岩互层型顺层岩质边坡为工程背景，基于自主研发的抗震桩锚（SPC）组合结构，通过有限差分软件FLAC^3D建立简化数值模型，系统开展SPC组合结构动力性能优化与综合评价研究.选取消能锚索体系和组合抗滑桩体系的关键支护参数，采用参数敏感性分析与逐项优化方法，从边坡稳定性、结构抗震性及工程经济性等角度综合评估优化后的抗震桩锚（OSPC）组合结构，最终提出兼具经济性与安全性的优化设计方案.研究结果表明，OSPC组合结构较普通桩锚（CPC）和SPC组合结构具有良好的抗震性能和经济优势，边坡最大永久位移和最大剪切应变增量减小53%和24%，前后排抗滑桩的桩顶位移减少85%和99%，混凝土和锚索材料减少34%和3%.研究成果可为强震区顺层岩质边坡抗震设计提供技术支撑.

Abstract

The seismic stability of rock slopes is a critical scientific issue in engineering construction in meizoseismal areas. Given the vulnerability of conventional retaining structures to failure under strong earthquakes, the development and optimization of seismic-resistant support structures have become a key research focus in engineering geology. This study investigates a soft-hard interbedded bedding rock slope along an expressway in Ludian County, Yunnan Province. Based on a self-developed seismic pile-cable (SPC) composite structure, simplified numerical models are established using the finite difference method FLAC^3D to systematically optimize and evaluate the dynamic performance of the SPC composite structure. Key support parameters are selected for optimization, including those of the energy-dissipating anchor cable system and the composite anti-slide pile system. A parametric sensitivity analysis and stepwise optimization approach are employed, followed by a comprehensive assessment of the optimized seismic pile-cable (OSPC) composite structure from the perspectives of slope stability, seismic resistance, and economic efficiency. The results demonstrate that the OSPC composite structure exhibits superior seismic performance and cost-effectiveness compared to conventional pile-cable (CPC) and SPC composite structures. Specifically, it reduces the maximum permanent displacement and maximum shear strain increment of the slope by 53% and 24%, respectively, while decreasing the pile-top displacement of front and rear anti-slide piles by 85% and 99%, and additionally, the material consumption for concrete and anchor cables is reduced by 34% and 3%. The findings provide theoretical support for the seismic design of bedding rock slopes in meizoseismal areas, offering significant engineering application value.

Graphical abstract

关键词

强震 / 顺层岩质边坡 / 抗震桩锚组合结构 / 性能优化 / 稳定性评估 / 工程地质学.

Key words

strong earthquake / bedding rock slope / seismic pile-cable composite structure / performance optimization / stability evaluation / engineering geology

0 引言

岩质边坡的抗震稳定性是强震区工程建设面临的关键科学问题.随着“一带一路”等国家战略计划的实施，西部高山峡谷地区基础设施建设中穿越活动断裂带的岩质边坡面临着尤为突出的强震威胁（祁生文，2006；何满潮和郭鹏飞，2018；乔建伟等，2019；彭建兵等，2020；Qi et al.， 2022；Tian et al.， 2024；Zhou et al.， 2024）.当前，传统支挡结构在道路、桥梁、隧道等工程建设中得到了广泛应用，在保障岩质边坡稳定性方面发挥着重要作用.然而，震后调查研究表明，强震作用下单一桩锚结构易出现严重失效破坏现象（Zhang et al.， 2012；Jia et al.， 2022），这凸显了单一结构设计方法在抵御强震作用时的固有局限性.为此，研发并优化组合加固结构已成为当前强震区滑坡灾害防治研究的重点方向（陈建峰等，2022；贾志波等，2022）.

近年来，国内外学者通过振动台试验和数值模拟等方法，对桩锚组合结构加固边坡的抗震性能开展了深入研究，探索了多种优化方法提升桩锚结构的抗震性能，取得了显著的成果（赵飞等，2022b）.李楠等（2018）采用大型振动台试验研究了微型桩群桩支护结构的抗震性能，发现其对地震波在滑坡体中的传播具有显著阻滞作用，可有效提升边坡抗震稳定性.陈行等（2020）基于MIDAS/GTS数值模拟对比了直线型、弧形和反向弧形抗滑桩的抗震效果，结果表明弧形排布抗滑桩能最大程度减小边坡变形，抗震性能最优.Lian et al.（2023）对比了抗滑桩与预应力锚索桩板墙的抗震效果，发现后者在控制边坡动力响应方面更具优势.Xu and Huang（2021）通过结合GeoStudio数值模拟与Newmark永久位移法，评估了消能锚索抗滑桩加固边坡抗震稳定性，重点分析了桩体嵌固深度、桩身厚度、锚索在桩上的布设位置、锚索自由段长度、锚索倾角以及锚索预应力等参数的影响.Pai and Wu（2021）、Wei et al.（2024）提出并优化了多锚点锚索抗滑桩结构，并通过振动台试验研究了其加固效果，证明优化后的结构能有效避免锚头失效并提高抗震性能.丁选明等（2025）提出工程水泥基复合材料（ECC）桩-消能锚韧性支挡结构，试验结果表明阻尼器可降低47%的锚索动轴力，而ECC材料可增强桩身耗能能力，二者协同作用显著提升了结构的抗震韧性.Fan et al.（2019）通过振动台试验研究了双排抗滑桩与预应力锚索框架梁联合支护结构的动力响应，发现该组合结构可显著抑制边坡加速度放大效应，提高抗震性能.

上述研究表明，当前学者们主要通过两种技术路径提升桩锚组合结构的抗震性能：其一是引入抗震消能材料与新型结构设计，其二是优化组合结构的空间排布形式（Pai et al.， 2022；Gupta and Mehndiratta， 2024；侯小强等，2024）.基于这两种思路，已发展出包括桩-桩协同、桩-锚耦合以及桩-锚-梁复合等支挡体系，这些体系在增强结构抗震阻滑性能方面展现出显著优势.然而，当前支挡结构优化设计多采用单一参数敏感性分析，缺乏系统性的多目标协同优化框架，特别是有关强震作用下岩质边坡支挡结构的抗震优化设计研究尚不充分，支挡结构的抗震性缺乏合理评估，这导致加固后的边坡依旧存在再次发生失稳破坏的风险，或存在设计较为保守而造成经济效益的问题（郑文博等，2012；冯帅等，2018；张国军和孙博，2019；牌立芳等，2021）.因此，完善抗震支挡结构加固岩质边坡的优化设计及性能合理评估，以形成一套系统、完整且实用的优化与评价体系，依然是边坡加固工程中亟待解决的问题.

基于上述研究背景，本研究基于消能结构和纤维混凝土材料提出了一种新型抗震桩锚（SPC）组合结构，进一步以强震区某典型软硬岩互层型顺层岩质边坡为原型边坡，根据其坡体结构特点，建立数值模型，系统开展了SPC组合结构优化设计研究（赵飞等，2022a， 2023；石振明等，2024；Zhao et al.， 2024）.关键支护参数主要包括两大类型：其一，消能锚索体系的锚固长度、倾角、消能段长度及预应力等参数；其二，组合抗滑桩体系的长度、排距、连接位置、倾角及预应力等参数.通过支护参数敏感性分析、逐项优化和性能评估，最终获取兼具经济性与安全性的最优支护方案.研究成果不仅为强震区岩质边坡工程抗震设计提供了理论支撑与技术指导，同时对推进“韧性工程”建设具有重要的工程应用价值.

1 研究对象及方法

1.1　边坡数值模型

本研究选取云南省鲁甸县某高速公路沿线一软硬岩互层型顺层岩质边坡作为原型边坡（E103.5°，N27.2°），通过现场地质调查和室内试验获取其坡体结构和岩体物理力学特性，开展了大型振动台物理模型试验.基于物理模型试验结果，进一步采用三维有限差分程序FLAC^3D建立桩锚组合结构加固软硬岩互层型顺层岩质边坡数值模型，其中边坡长48 m，宽20.8 m，高27.2 m，如图1所示.模型由两层硬岩、两层软岩和基岩5部分组成，硬岩厚1.76 m，软岩厚0.88 m.硬岩、软岩和基岩均采用莫尔-库伦（Mohr-Coulomb）理想弹塑性本构模型，其物理力学参数如表1，基岩-软岩、软岩-硬岩的岩性界面的物理力学参数均按软岩参数标定和设置.

1.2　SPC组合结构

本研究中SPC组合结构的抗滑桩、柔性结构、锚索和框架梁分别采用FLAC^3D中内嵌的结构单元模拟，其物理力学参数如表2（Chen et al.， 2023；Li et al.， 2023；Qi et al.， 2024；Zhao et al.， 2024）.SPC组合结构的初始加固设计方案如图1所示：坡脚布设有5根的双排抗滑桩，前排桩长（L_fp）为11.52 m，后排桩长（L_rp）为14.60 m，截面尺寸为1.50 m × 2.00 m，每排桩间距为9.00 m，前后排桩间距（D_fr）为5.40 m，前后排抗滑桩通过长7 m的柔性结构连接，连接位置距离前排桩的桩顶（D_cp）0 m，连接倾角（β_cs）为0°，空间形态上为“m”形，预应力（F_cs）为200 kN；坡面布设有3排4列框架梁，纵向间距5.40 m，横向间距4.50 m，梁截面尺寸为0.40 m × 0.60 m；坡内消能锚索锚固角度（β_ac）为30°，锚索总长度为14.40 m，自由段长7.20 m，其上设置有长（L_es）2.40 m消能部件，预应力（F_ac）为200 kN，锚固段长（L_as）7.20 m，均深入下部稳定的基岩.

1.3　边界及动力条件

2014年8月3日云南省昭通市鲁甸县发生6.5级地震（E103.3°，N27.1°），震源深度12 km，震中烈度为IX度（Wu et al.， 2020）.考虑到本研究中案例边坡地理位置与鲁甸地震震源相近，本研究选取云南省鲁甸县龙头山监测站获取的Lu_dian地震波作为激振波，其加速度时程、速度时程及傅里叶频谱如图2所示.

此外，为减少地震波在模型边界的反射，模型四周设置为自由场边界，底部设置为静态边界.地震波从模型底部以应力时程的形式垂直输入，具体实现过程为：首先对加速度时程曲线进行滤波和基线校正；再将鲁甸波的加速度时程对时间进行一次积分得到速度时程，最后采用公式（1）~（4）计算得到应力时程，将其输入到模型底部.

{\sigma }_n=-\mathrm{2}\times \left(\rho \times C_{\mathrm{p}}\right)\times v_n，（1）

C_{\mathrm{p}}=\sqrt[]{\frac{K+\mathrm{4}G/\mathrm{3}}{\rho }}，（2）

式中：{\sigma }_n为施加在模型底部边界的法向力；\rho为基岩密度；v_n为施加在模型底部边界的法向速度；C_{\mathrm{p}}为基岩中的P波波速；K为基岩的体积变形模量；G为基岩的剪切模量.

{\sigma }_{\mathrm{s}}=-\mathrm{2}\times \left(\rho \times C_{\mathrm{s}}\right)\times v_{\mathrm{s}}，（3）

C_{\mathrm{s}}=\sqrt[]{\frac{G}{\rho }}，（4）

式中：{\sigma }_{\mathrm{s}}为施加在模型底部边界的切向力；v_{\mathrm{s}}为施加在模型底部边界的切向速度；C_{\mathrm{s}}为基岩中的S波波速.

2 支护参数优化

2.1　优化参数选取

本研究中共选取10个支护参数，包括消能锚索体系中锚索的锚固长度、倾角、消能段长度及预应力，组合抗滑桩体系中前后排抗滑桩的长度、排距、连接位置、倾角及预应力，分别将其设为影响因子A、B、…、I和J，每个影响因子中包含4个水平，如表3所示（Zheng et al.， 2012；张国军和孙博，2019）.

2.2　正交试验设计

考虑到上述10个影响因子，需进行4⁴×4³×4³=1 048 576次模拟，工作量过于庞大.因此，为提高计算效率，本研究进行正交试验设计，确定优化方案需要进行64次模拟.此外，考虑到原型边坡位于云南省鲁甸县，当地抗震设防烈度为VII度，对应地表峰值加速度PGA为0.10（0.15）g.为了模拟强震荷载，本研究中数值模拟选取0.20 g的X向鲁甸地震波作为输入波，选取边坡的最大永久位移和最大剪切应变增量作为评价指标，如图3所示.

为了更加深入对比分析不同工况下的位移和应变差异性，根据数值由大至小的原则，对试验结果中的最大永久位移和最大剪切应变增量分别进行分区（图3）.其中，最大永久位移被分为A区、B区、C区、D区和E区，其对应的最大永久位移范围分别为7~9 mm、9~11 mm、11~13 mm、13~15 mm和15~17 mm（图3a）.同样，最大剪切应变增量被分为A区、B区、C区、D区和E区，其对应的最大剪切应变增量范围分别为0.50%~0.60%、0.60%~0.70%、0.70%~0.80%、0.80%~0.90%和0.90%~1.00%（图3b）.根据指标分区特征可知，地震荷载下相同加固工况下边坡的最大永久位移和最大剪切应变增量的变化规律存在显著差异，最大值均出现在工况43，而最小值分别出现在工况64和工况3.这说明SPC组合结构加固下边坡的两个变形指标受不同支护结构参数的控制，表现出不同的变化规律.

2.3　参数敏感性

本研究为获得SPC组合结构的最优支护结构参数组合，进一步采用极差分析法和方差分析法对参数敏感性进行综合研究分析.极差分析法能够直观地反映因变量随各因素水平变化的趋势关系，但其存在明显局限性：一方面无法有效区分数据波动的来源，难以消除试验误差的干扰；另一方面缺乏对各因素影响显著性的定量评价.相比之下，方差分析作为验证均值差异显著性的统计方法，恰好可以弥补极差分析的这些不足.基于此，本研究创新性地将极差分析与方差分析相结合，系统开展支护参数的敏感性分析研究.

首先，极差分析处理数值模拟数据：根据公式（5）计算各指标的极差值（表4）.具体而言，M_ij 代表第j列因素在第i水平条件下各工况数值计算结果的平均值，而第j列因素的极差R_j 则通过M_ij 中的最大值与最小值之差确定.需要特别指出的是，R_j 值的大小直接反映了对应因素对指标的影响程度，即R_j 值越大表明该因素对指标的影响越显著.

R_j=\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}\left\{M_{ij}\right\}-\mathrm{m}\mathrm{i}\mathrm{n}\left\{M_{ij}\right\} .（5）

其次，基于方差分析方法对数值模拟数据进行统计分析：通过公式（6）~（8）分别计算指标的组间均方差、组内均方差以及F检验统计量（表4）.其中，F_A值的大小与因素对指标的影响程度呈正相关关系，即F_A值越大表明该因素对指标的显著性影响越强.

{\overline{S}}_{\mathrm{A}}^{\mathrm{2}}=\frac{S_{\mathrm{A}}^{\mathrm{2}}}{(r-\mathrm{1})}，（6）

{\overline{S}}_{\mathrm{E}}^{\mathrm{2}}=\frac{S_{\mathrm{E}}^{\mathrm{2}}}{n-\mathrm{1}-n_{\mathrm{i}}(r-\mathrm{1})}，（7）

F_{\mathrm{A}}=\frac{{\overline{S}}_{\mathrm{A}}^{\mathrm{2}}}{{\overline{S}}_{\mathrm{E}}^{\mathrm{2}}}，（8）

式中：对于L_n(q^m)的正交表，n_{\mathrm{i}}<m，每一因素引起的离差平方和的自由度为r-\mathrm{1}，误差的自由度为n-\mathrm{1}-n_i(r-\mathrm{1})；r为因子水平数量；n_{\mathrm{i}}为影响因子数量；S_{\mathrm{A}}^{\mathrm{2}}和S_{\mathrm{E}}^{\mathrm{2}}分别为组间平方和、组内平方和；{\overline{S}}_{\mathrm{A}}^{\mathrm{2}}、{\overline{S}}_{\mathrm{E}}^{\mathrm{2}}分别为组间均方差、组内均方差；F_{\mathrm{A}}为构造统计量.

表4显示地震作用下各支护参数对边坡变形指标的显著性水平影响不完全相同.其中，4种分析结果中锚索预应力和柔性结构连接位置两个因素的显著性水平最大，排序均相同；同时，由两个变形指标获得前后桩排距和前桩长度、消能段长度和柔性结构预应力两两因素间的显著性水平排序相反；此外，在锚固段长度、锚固倾角、后桩长度和柔性结构连接倾角等因素中，对于最大永久位移，极差和方差分析结果显示4个因素的显著性水平排序不同，而对于最大剪切应变增量，极差和方差分析结果显示4个因素的显著性水平排序相同.因此，为了综合考虑上述各因素的显著性水平，本研究最终采用平均归一化极差和方差分析法，重新表征4种显著性水平排序，如公式（9）~（13），计算结果如图4所示，各支护参数敏感性为：D>H>G>E>C>J>A>B>I>F.

R_{\mathrm{j}}^{\mathrm{d}}/R_{\mathrm{j}\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}}^{\mathrm{d}}=r_{\mathrm{d}\mathrm{1}}，（9）

R_{\mathrm{j}}^{\mathrm{\epsilon }}/R_{\mathrm{j}\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}}^{\mathrm{\epsilon }}=r_{\mathrm{\epsilon }\mathrm{1}}，（10）

F_{\mathrm{A}}^{\mathrm{d}}/F_{\mathrm{A}\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}}^{\mathrm{d}}=r_{\mathrm{d}\mathrm{2}}，（11）

F_{\mathrm{A}}^{\mathrm{\epsilon }}/F_{\mathrm{A}\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}}^{\mathrm{\epsilon }}=r_{\mathrm{\epsilon }\mathrm{2}}，（12）

\frac{r_{\mathrm{d}\mathrm{1}}+r_{\mathrm{\epsilon }\mathrm{1}}+r_{\mathrm{d}\mathrm{2}}+r_{\mathrm{\epsilon }\mathrm{2}}}{\mathrm{4}}={\overline{r}}_{\mathrm{d}\mathrm{\epsilon }}，（13）

式中：R_{\mathrm{j}}^{\mathrm{d}}和R_{\mathrm{j}}^{\mathrm{\epsilon }}为任一因素对应的极差值；F_{\mathrm{A}}^{\mathrm{d}}和F_{\mathrm{A}}^{\mathrm{\epsilon }}为任一因素对应F值；R_{\mathrm{j}\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}}^{\mathrm{d}}和R_{\mathrm{j}\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}}^{\mathrm{\epsilon }}为最大极差值；F_{\mathrm{A}\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}}^{\mathrm{d}}和F_{\mathrm{A}\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}}^{\mathrm{\epsilon }}为最大F值；r_{\mathrm{d}\mathrm{1}}和r_{\mathrm{\epsilon }\mathrm{1}}为归一化极差值；r_{\mathrm{d}\mathrm{2}}和r_{\mathrm{\epsilon }\mathrm{2}}为归一化方差值；{\overline{r}}_{\mathrm{d}\mathrm{\epsilon }}为归一化极差和方差的平均值.

2.4　参数优化结果

基于上述参数敏感性分析结果，本研究将按照消能锚索预应拉力、柔性结构连接位置、双桩排距、前桩长度、锚索消能段长度、柔性结构预应力、消能锚索锚固长度、锚固倾角、柔性结构连接倾角和后桩长度等顺序进行参数逐项优化.其中，采用最大永久位移和最大剪切应变增量等指标作为优化评估依据，具体优化结果如表5所示.

在逐项优化过程中，为了更好地评估每一支护参数组合的加固效果，对两项评估指标进行I~IV等级划分，其中I级代表加固效果最优，IV级代表加固效果最差，从而获得优化后的SPC组合结构的支护参数组合，如表6所示.其中，消能锚索体系中锚索的锚固长度为4.40 m，锚固倾角为30°，消能段长度为1.20 m，预应力为600 kN；组合抗滑桩体系中前后排抗滑桩的长度分别为12.52 m和12.60 m，双桩排距为5.40 m，柔性结构的连接位置为距离前桩桩顶1.5 m处，连接倾角为0°，预应力为600 kN.

3 加固方案对比验证

3.1　加固方案设计

为进一步对比分析优化后的抗震桩锚（OSPC）组合结构的抗震性能及经济优势，开展了PGA=0.10~0.40 g的三向鲁甸地震波作用下不同加固条件下的软硬岩互层型顺层岩质边坡动力数值模拟，设置有无桩锚（NPC）、普通桩锚（CPC）、SPC和OSPC组合结构等4种加固方案，具体如图5所示.进一步地，从边坡稳定性、结构抗震性及工程经济性等角度，综合评估OSPC组合结构的抗震性能和经济优势.

3.2　边坡稳定性

图6显示NPC、CPC、SPC和OSPC组合结构加固后边坡的最大永久位移和最大剪切应变增量随地震强度的变化趋势.图6a显示当PGA=0.10 g时，4种加固条件下边坡位移D_mp分别为51 mm、38 mm、30 mm和23 mm，随地震强度增大至0.40 g时边坡位移分别增长了449 mm、230 mm、230 mm和212 mm.同样地，图6b显示地震荷载下最大剪切应变增量与位移规律相同，PGA在0.10~0.40 g范围内，4种加固条件下边坡最大剪切应变增量Δε分别增长了14.0%、12.3%、11.5%和11%.由此可见，相对于NPC加固条件，CPC、SPC和OSPC组合结构分别抑制了44%、47%和53%的边坡位移，减小了10%、15%和24%的边坡剪切应变增量.上述研究表明，OSPC组合结构相较于CPC和SPC组合结构具有更好的加固效果，可进一步抑制坡体永久位移，减小软岩处的剪切变形破坏.

3.3　结构抗震性

表7为地震作用下CPC、SPC和OSPC组合结构中2#抗滑桩（后排桩）和3#抗滑桩（前排桩）的桩顶位移特征.其中，抗滑桩桩顶的最大位移在0.10~0.40 g地震强度范围内呈增大趋势，CPC组合结构中2#抗滑桩和3#抗滑桩桩顶的最大位移由23 mm和29 mm分别增大至216 mm和148 mm；同样地，SPC和OSPC组合结构中的2#抗滑桩桩顶最大位移分别增长了24 mm和3 mm，3#抗滑桩桩顶的最大位移分别为29 mm和4 mm.由此可知，相较于CPC组合结构，地震荷载下SPC和OSPC组合结构可大幅减小抗滑桩桩顶的最大位移，SPC组合结构中2#抗滑桩和3#抗滑桩桩顶最大位移仅为CPC组合结构的18%和26%，OSPC组合结构中2#抗滑桩和3#抗滑桩桩顶位移仅为CPC组合结构的1%和15%（图7）.上述研究表明，地震作用下CPC和SPC组合结构中抗滑桩产生了较大的位移，将首先发生失效破坏，而OSPC中优化后的抗滑桩可更好地实现组合结构的整体协同受力和变形，进而使得桩身变形最小，最不易发生破坏.

3.4　工程经济性

本研究从3种组合加固结构的工程材料及施工角度，简单对比分析了CPC、SPC和OSPC组合结构加固方案的经济成本，如表8所示.通过对比可知，3种加固方案均含有3排4列锚索和5根抗滑桩，其中CPC组合结构中所需混凝土量为310.80 m³，锚索总长度为172.80 m；SPC组合结构中所需混凝土量为214.08 m³，锚索总长度为200.92 m；OSPC组合结构中所需混凝土量为205.08 m³，锚索总长度为167.32 m.由此可见，相较于CPC组合结构，SPC组合结构加固方案中混凝土量减少了31%，锚索总长度增长了16%，而OSPC组合结构加固方案中混凝土量减少了34%，锚索总长度减少了3%.上述研究表明，OSPC组合结构加固方案相较于CPC和SPC组合结构加固方案更加经济合理，可节省工程所需的材料和减少工程施工量.

4 结论

本研究采用数值模拟方法，开展了新型桩锚组合结构的支护参数敏感性分析，依据敏感性分析结果对SPC组合结构的支护参数进行优化设计，并从边坡稳定性、结构抗震性及工程经济性等角度，综合评估OSPC组合结构的抗震性能和经济优势，获取经济且安全的桩锚支护参数组合作为岩质边坡的最优组合支护方式.研究成果可为强震区桩锚组合结构加固顺层岩质边坡的抗震设计提供参考依据.主要结论如下：

（1）通过分析SPC组合结构特点，选取10个支护参数，采用正交试验法和归一化分析方法进行支护参数优化设计和敏感性分析，获取支护参数敏感性排序为：锚索预应力>柔性结构连接位置>前后桩排距>前桩长度>消能段长度>柔性结构预应力>锚固段长度>锚固倾角>柔性结构连接倾角>后桩长度.

（2）通过对支护参数逐项优化，获得了SPC组合结构优化后的支护参数组合：消能锚索体系中锚索的锚固长度为4.40 m，锚固倾角为30°，消能段长度为1.20 m，预应力为600 kN；组合抗滑桩体系中前后排桩长分别为12.52 m和12.60 m，双桩排距为5.40 m，柔性结构连接位置为前桩埋深1.5 m处，连接倾角为0°，预应力为600 kN.

（3）通过对比NPC、CPC、SPC和OSPC组合结构加固后边坡稳定性、结构抗震性及工程经济性可知，OSPC组合结构的抗震性能和经济优势均为最优：OSPC组合结构加固后边坡最大永久位移和最大剪切应变增量减小53%和24%，前后排抗滑桩的桩顶位移减少85%和99%，混凝土和锚索材料减少34%和3%.

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基金资助

国家重点研发计划项目(2023YFC3008300)

国家重点研发计划项目(2019YFC1509700)