基于有限元法對(duì)某滑坡抗滑樁設(shè)置位置的研究

李浩瀚 馬德芹

摘 要：設(shè)置抗滑樁是治理滑坡的常用手段，抗滑樁的設(shè)置位置能夠影響滑坡的治理效果，抗滑樁設(shè)置的最優(yōu)位置應(yīng)是使得邊坡安全系數(shù)最大的位置。基于有限元法和強(qiáng)度折減法，通過(guò)研究某滑坡的安全系數(shù)得到，塑性變形最大的區(qū)域是設(shè)置抗滑樁治理滑坡的最優(yōu)位置。而塑性變形是滑坡產(chǎn)生的重要條件，因此抗滑樁的設(shè)置位置可以由塑性變形區(qū)來(lái)確定，這對(duì)滑（邊）坡治理具有一定的參考意義。

關(guān)鍵詞：有限元法 強(qiáng)度折減法 安全系數(shù) 滑坡 抗滑樁

中圖分類號(hào)：X14 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）10（a）-0049-02

抗滑樁已廣泛應(yīng)用于滑坡的治理中，但因?yàn)閹r土體的復(fù)雜性和不確定性，目前抗滑樁的理論還不夠成熟，而抗滑樁的設(shè)置位置更是存在分歧。該文基于有限元軟件ANSYS和強(qiáng)度折減法，研究發(fā)現(xiàn)將抗滑樁設(shè)置在塑性變形最大的區(qū)域，邊坡的安全系數(shù)最大。

1 有限元法分析滑坡的優(yōu)點(diǎn)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)值計(jì)算方法在邊坡穩(wěn)定性分析中得到了廣泛應(yīng)用。有限元法不僅考慮了土體的平衡條件，而且考慮了材料的應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系，使結(jié)果更趨于準(zhǔn)確。有限元法全面滿足邊坡靜力許可、應(yīng)變相容和應(yīng)力、應(yīng)變之間本構(gòu)關(guān)系，使有限元分析邊坡穩(wěn)定成為近年來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，有限元法不僅能計(jì)算出土體內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)分布，還可以了解邊坡逐步破壞機(jī)理，跟蹤邊坡內(nèi)塑性區(qū)發(fā)展情況。

2 強(qiáng)度折減法

強(qiáng)度折減法就是用一個(gè)折減系數(shù)Fs將土體的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c和進(jìn)行折減，然后用得到的cF和代替原來(lái)的c和，不斷的折減，直到邊坡破壞，同時(shí)獲得安全系數(shù)Fs。安全系數(shù)是法是表達(dá)邊坡穩(wěn)定性最直接的計(jì)算方法，其表達(dá)式為：

3 邊坡失穩(wěn)判斷分析

邊坡失穩(wěn)過(guò)程大致劃分為以下幾個(gè)階段：

（1）當(dāng)重力荷載施加至一定值時(shí)，潛在滑移面周圍的土體首先進(jìn)入塑性狀態(tài)；

（2）隨著荷載增加，坡面附進(jìn)節(jié)點(diǎn)位移增大，塑性應(yīng)變也隨之增加，直至邊坡內(nèi)的滑動(dòng)帶初步形成；

（3）如果荷載繼續(xù)增大，塑性區(qū)自塑性變形最大處向坡頂和坡腳貫通，則邊坡沿潛在滑動(dòng)帶整體失穩(wěn)。

將抗滑樁設(shè)置于塑性變形最大區(qū)域，能夠減小邊坡的塑性變形，延緩滑動(dòng)帶的形成，并能夠阻止塑性區(qū)貫通，有效減小邊坡失穩(wěn)的可能性。

4 工程實(shí)例

滑坡位于四川省都江堰市，系“5.12”汶川地震衍生滑坡。該文運(yùn)用ANSYS軟件對(duì)該滑坡進(jìn)行分析，分別模擬在不同位置設(shè)置抗滑樁時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變情況，并得出相應(yīng)的安全系數(shù)。抗滑樁同時(shí)采用樁長(zhǎng)為30 m，截面為2.5 m×2.5 m的混凝土樁。

巖土體采用二維實(shí)體單元PLANE82，抗滑樁采用二維實(shí)體單元PLANE42。材料采用Drucker-Prage模型建模，所需巖土體力學(xué)參數(shù)見表1。

抗滑樁設(shè)置前的水平位移圖如圖1（a），塑性區(qū)云圖如圖1（b）所示。

現(xiàn)對(duì)滑坡進(jìn)行刷坡處理，并分別在不同位置設(shè)置抗滑樁，在極限平衡條件下得到各項(xiàng)參數(shù)（見表2）。

在塑性位移最大的區(qū)域設(shè)置抗滑樁，得到的安全系數(shù)最大，并且得到的水平位移、塑性變形和剪應(yīng)力也最大。這說(shuō)明抗滑樁設(shè)置于塑性變形最大區(qū)域時(shí)，抗滑樁得到了最大限度的利用，能夠起到最好的抗滑作用。

5 結(jié)論

（1）該文不僅結(jié)合工程實(shí)際，運(yùn)用ANSYS軟件模擬得到抗滑樁設(shè)置的最優(yōu)位置為最大塑性變形區(qū)域，同時(shí)也從理論上分析了抗滑樁應(yīng)設(shè)置于塑性變形最大區(qū)域的原因。

（2）抗滑樁設(shè)置于塑性變形最大區(qū)域時(shí)，抗滑樁能得到最大限度的利用。

（3）在進(jìn)行滑（邊）坡治理時(shí)，在成本可控的條件下，應(yīng)盡量將抗滑樁設(shè)置于塑性變形最大區(qū)域。

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