基于ABAQUS的滑坡抗滑樁推力分布模式的研究

王正飛　蔣建平

摘 要：在一般的滑坡整治工程中，滑坡作用在抗滑樁上的推力分布模式直接影響著樁體內(nèi)力的大小、分布特征以及樁體的變形。因此，抗滑樁及滑坡相互作用機(jī)理的研究對(duì)抗滑樁設(shè)計(jì)的合理性有著重要意義。該文從滑坡及抗滑樁的受力機(jī)理出發(fā)，選取某一滑坡體進(jìn)行分析研究，運(yùn)用ABAQUS有限元軟件對(duì)其建立3D模型，對(duì)抗滑樁樁側(cè)所受應(yīng)力進(jìn)行分析并得出其應(yīng)力曲線。將所得的應(yīng)力曲線與前人所做室內(nèi)模型試驗(yàn)進(jìn)行比對(duì)發(fā)現(xiàn)，基于ABAQUS的滑坡抗滑樁模型分析是較為合理的。

關(guān)鍵詞：滑坡 抗滑樁 推理分布模式 ABAQUS

中圖分類號(hào)：TU47 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）02（a）-0061-02

早在上世紀(jì)30年代，人類就開始將抗滑樁應(yīng)用于滑坡工程中。無論是在理論研究還是在工程實(shí)踐、試驗(yàn)方面，前人對(duì)滑坡、抗滑樁作了大量的工作。關(guān)于樁后滑坡推力分布模式的研究，各國在計(jì)算樁后滑坡推力大小的計(jì)算結(jié)果一般差別不大。但在滑坡推力分布模式上有很大分歧，這也直接關(guān)系到滑動(dòng)面以上抗滑樁內(nèi)力計(jì)算的準(zhǔn)確性，進(jìn)而影響滑動(dòng)面以下樁身內(nèi)力計(jì)算的準(zhǔn)確性，從而影響抗滑樁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性[1]。

在理論方面，滑坡推力的分布模式有三角形、矩形和梯形等。國外多將滑坡體視為散體，適用三角形分布；而國內(nèi)則多用矩形分布。根據(jù)王恭先[2]的研究：當(dāng)滑體的黏聚力較大（如黏土、土夾石、巖石等）時(shí)，其推力分布模式近似為矩形；當(dāng)滑體是以內(nèi)摩擦角為主要抗剪特性的堆積體（如砂土）時(shí)，其推力分布模式近似為三角形；介于二者之間的，可按梯形分布。對(duì)于滑動(dòng)面以上土體抗力的分布模式，一般均按三角形考慮。在試驗(yàn)方面，肖世國[3]得出：在樁體受荷段的中上部通常滑坡推力隨著距離樁頂深度逐漸增大，而在樁體受荷段的中下部，樁后側(cè)滑坡推力會(huì)相應(yīng)有所減小，樁后側(cè)滑坡推力的分布模式呈中間大兩端小的近似拋物線型特征。

該文主要通過研究抗滑樁樁前樁后滑坡推力應(yīng)力曲線，并于相關(guān)理論、試驗(yàn)相結(jié)合，從而探討滑坡抗滑樁推力分布模式。

1 ABAQUS有限元模型的建立

模型如圖1、圖2所示，長為32m，寬為18m，高位26m；樁為矩形樁，長邊為1.5m，短邊為1m，樁高15m，樁間距3.5m。滑坡設(shè)置滑動(dòng)面，分為滑體、滑床。対滑體采用強(qiáng)度折減法，將其黏聚力、摩擦角進(jìn)行優(yōu)化設(shè)置。樁端與土體采用Tie接觸，樁側(cè)與土體采用Contact接觸；網(wǎng)格劃分時(shí)，樁采用C3D8R實(shí)體單元，土體采用C3D4實(shí)體單元；樁采用理想彈性模型，土體采用理想彈塑性模型。樁和土體的參數(shù)如表1所示[4]。

2 抗滑樁應(yīng)力分析及驗(yàn)證

2.1 抗滑樁樁前、樁后側(cè)應(yīng)力分析

如圖3、圖4中，自左至右分別為1#、2#、3#、4#樁。從圖中明顯可以看出在距樁頂8～10m處出現(xiàn)了應(yīng)力集中現(xiàn)象，表明抗滑樁在此處受到的滑坡推力值最大。

由圖5、圖6可知，應(yīng)力在距離樁頂約 8.5m處達(dá)到峰值，此處的滑面距樁頂約8m，于是可推知合力作用點(diǎn)在滑面以下； 圖5、圖6中四條應(yīng)力曲線均為開口向下的拋物線，且與三角形十分接近，因此可將其滑坡推力分布模式近似為三角形分布。

再將抗滑樁前后兩側(cè)的應(yīng)力曲線進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，樁前側(cè)應(yīng)力明顯稍高于樁后側(cè)應(yīng)力。這似乎與實(shí)際情況不相符合，造成該現(xiàn)象的原因就在圖3、圖4中。在重力作用下滑體產(chǎn)生了向下（從樁后向樁前方向）運(yùn)動(dòng)，從而使土體產(chǎn)生了一定的位移增量，正是由于此位移使得抗滑樁發(fā)生了彎曲變形，進(jìn)而使樁前產(chǎn)生擠壓，使樁前側(cè)的應(yīng)力大大增加。于是造成了樁前側(cè)所受應(yīng)力大于樁后側(cè)所受應(yīng)力的情況。但是，即便抗滑樁自身存在壓應(yīng)力，樁前土體抗力的作用也是不能忽視的[5]。

2.2 結(jié)果驗(yàn)證

模型結(jié)果表明土質(zhì)滑坡體的推力分布模式近似為三角形分布，此結(jié)果與王恭先理論及國外理論較為吻合；再與試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行比較，該模型抗滑樁后側(cè)應(yīng)力曲線為拋物線，與肖世國的試驗(yàn)?zāi)Ｐ臀呛稀?/p>

3 結(jié)語

（1）對(duì)于土質(zhì)滑坡，滑動(dòng)面以上土體抗力的分布模式可近似為三角形分布，且其主要應(yīng)力集中在滑面附近，合力作用點(diǎn)在滑面以下。

（2）由于樁自身的彎曲變形，使得樁前側(cè)所受應(yīng)力稍高于樁后側(cè)的應(yīng)力，但是樁前側(cè)的土體抗力的作用不能忽視。

參考文獻(xiàn)

[1] 戴自航.抗滑樁滑坡推力和樁前滑體抗力分布規(guī)律的研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2002，21（4）：517-521.

[2] 王恭先.抗滑支擋建筑物的發(fā)展動(dòng)向[C].滑坡文集（第十三集）.北京：中國鐵道出版社，1998：60-64.

[3] 肖世國.似土質(zhì)邊（滑）坡抗滑樁后滑坡推力分布模式的近似理論解析[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2010（1）：120-123.

[4] 費(fèi)康，張建偉.ABAQUS在巖土工程中的應(yīng)用[M].北京：中國水利水電出版社，2010.

[5] 李恒，仼青陽，寧龍飛.堆積層滑坡推力沿抗滑樁樁身分布規(guī)律研究[J].人民長江，2013，44（13）：35-38.