抗滑樁計算理論及變剛度抗滑樁的應用

封露　蔣建平

摘 要：作為一種有效的工程措施，抗滑樁在邊坡的加固工程、滑坡地質災害防治中得到了廣泛應用。然而，由于問題的復雜性，關于抗滑樁的工作機理、樁-土相互作用規律等問題并沒有很好地解決，其設計理論與計算方法，還處于半經驗半理論的不成熟階段，目前對于單純的抗滑樁加固邊坡的研究已經無法滿足可持續發展的要求，因此，抗滑樁的優化設計已是抗滑樁研究領域的一個新課題。該文主要從變剛度角度入手分析變剛度抗滑樁的應用，運用大型有限元分析軟件ABAQUS分析變剛度抗滑樁加固邊坡的作用機理。

關鍵詞：變剛度抗滑樁 抗滑機理 ABAQUS 邊坡加固

中圖分類號：U41 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）02（a）-0199-02

滑坡的當前狀態及其變化趨勢的判斷是滑坡防治方案選擇中的關鍵問題之一。關于抗滑樁的計算理論，張永[1]曾提出三種常用的滑坡穩定性計算方法。第一，極限平衡法是在某種失穩模型條件下，假定滑坡為剛性體，對失穩分離面受力狀態以及有效強度的研究，根據極限平衡原理，計算滑坡的穩定系數，并以此表征滑坡的穩定性[1]。第二，應力應變分析法與前者不同，它能充分考慮巖土的特性，也不對滑坡失穩分離面做任何假定，而是用計算所得的應力、應變分析失穩分離面的特征，識別滑坡變形破壞機制[1]。第三，模型試驗方法是在工程地質勘探調查的基礎上建立的滑坡物理地質模型及巖土體的力學模型，通過光彈、相似材料等試驗，直觀形象地再現滑坡變形破壞的發生和發展過程，但是要做到模型的幾何、材料和力學等的全相似還存在一定的難度。

1 抗滑樁的計算方法

樁的內力分析計算可以分為以下2類。

1.1 彈性理論法

該法假定樁埋置于各向同性半無限彈性體中，并假定土的彈性系數為常數或隨深度按某種規律變化。計算時將直徑為d，長度為1的樁分為若干微段，根據半無限體中承受水平力并發生位移的Mindlin方程估算微段中心處的樁周土位移，另外根據細長桿（樁）的撓曲方程求得樁的位移，并用有限差分式表達。

1.2 極限地基反力法（極限平衡法）

極限地基反力法假定土處于極限狀態，且地基反力的分布是事先假定好的分布形式。一般假定地基反力q僅為y的線性函數q=q（y），而與樁的撓度x無關。然后按照樁處于極限平衡狀態下的平衡條件，計算出樁的最小錨固深度，進而按照地基反力的分布假定計算出樁的內力，再進行樁的設計。

2 抗滑樁抗滑機理及模型建立

2.1 抗滑機理

抗滑樁的抗滑機理是通過樁土之間的土拱、樁身反力、樁側的摩阻力來抵抗滑坡推力[2]。該文建立了簡單的三維樁土模型，研究了抗滑樁與邊坡之間的土拱效應的形成機理和土拱效應沿樁身的變化情況。

2.2 ABAQUS有限元模型的建立[3]

基于ABAQUS軟件的三維有限元計算模型如圖1所示。采用形狀簡單的邊坡模型，坡高為10 m，坡度為1：1.5，坡頂距邊坡后沿的水平距離為15 m，邊坡后沿的上頂點距下頂點的垂直距離為20 m，邊坡的寬度為20 m。選用矩形截面樁，長邊為1.5 m，短邊為1 m，樁長為14 m，抗滑樁加固在邊坡的中部，樁心距坡腳的水平距離為7.5 m，樁底距模型底部2.5 m，樁和土均采用C3D8R實體單元。樁端與土采用綁定約束，樁土接觸后不允許分離；樁側與土采用面面接觸。樁網格為0.5，土的網格為1。

3 計算結果分析

見圖3、圖4。

4 結語

以前對抗滑樁加固土坡的研究很少考慮滑坡推力空間分布的不均勻性，本文考慮滑坡的空間分布特征，即中間主滑面處的滑體要比兩側厚，主滑面的滑坡推力也明顯大于兩側的滑坡推力。根據滑體厚度和滑坡推理空間分布的不均勻性，對抗滑樁進行變剛度布置。建立非等間距布樁加固邊坡的三維模型，分析了上述布樁方式加固邊坡的合理性。

參考文獻

[1] 孫勇，張廣棟.雙排抗滑樁的機理及工程應用研究[J].礦業研究與開發，2008（5）：23-26.

[2] 張友良，馮夏庭.范建海，等抗滑樁與滑坡體相互作用研究[J].巖土力學與工程學報，2002，21（6）：839-842.

[3] 唐曉松，劉明維，葉海林.基于ABAQUS的抗滑樁三維有限元分析[J].地下空間與工程學報，2010（S2）：1614-1618.

[4] 費康，張建偉.ABAQUS在巖土工程中的應用[M].北京：中國水利水電出版社，2010.

[5] 蔣建平，張家得.抗滑樁合理樁間距的探討[J].科技資訊，2014（1）.