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理的研究對抗滑樁設計的合理性有著重要意義。該文從滑坡及抗滑樁的受力機理出發，選取某一滑坡體進行分析研究，運用ABAQUS有限元軟件對其建立3D模型，對抗滑樁樁側所受應力進行分析并得出其應力曲線。將所得的應力曲線與前人所做室內模型試驗進行比對發現，基于ABAQUS的滑坡抗滑樁模型分析是較為合理的。

關鍵詞：滑坡 抗滑樁 推理分布模式 ABAQUS

中圖分類號：TU47 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）02（a）-0061-02

早在上世紀30年代，人類就開始將抗滑樁應用于滑坡工程中。無論是在理論研究還是在工程實踐、試驗方面，前人對滑坡、抗滑樁作了大量的工作。關于樁后滑坡推力分布模式的研究，各國在計算樁后滑坡推力大小的計算結果一般差別不大。但在滑坡推力分布模式上有很大分歧，這也直接關系到滑動面以上抗滑樁內力計算的準確性，進而影響滑動面以下樁身內力計算的準確性，從而影響抗滑樁結構設計的合理性[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；而國內則多用矩形分布。根據王恭先[2]的研究：當滑體的黏聚力較大（如黏土、土夾石、巖石等）時，其推力分布模式近似為矩形；當滑體是以內摩擦角為主要抗剪特性的堆積體（如砂土）時，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。對于滑動面以上土體抗力的分布模式，一般均按三角形考慮。在試驗方面，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，樁后側滑坡推力會相應有所減小，樁后側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力曲線，并于相關理論、試驗相結合，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。滑坡設置滑動面，分為滑體、滑床。対滑體采用強度折減法，將其黏聚力、摩擦角進行優化設置。樁端與土體采用Tie接觸，樁側與土體采用Contact接觸；網格劃分時，樁采用C3D8R實體單元，土體采用C3D4實體單元；樁采用理想彈性模型，土體采用理想彈塑性模型。樁和土體的參數如表1所示[4]。

2 抗滑樁應力分析及驗證

2.1 抗滑樁樁前、樁后側應力分析

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處出現了應力集中現象，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，應力在距離樁頂約 8.5m處達到峰值，此處的滑面距樁頂約8m，于是可推知合力作用點在滑面以下； 圖5、圖6中四條應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的應力曲線進行比較發現，樁前側應力明顯稍高于樁后側應力。這似乎與實際情況不相符合，造成該現象的原因就在圖3、圖4中。在重力作用下滑體產生了向下（從樁后向樁前方向）運動，從而使土體產生了一定的位移增量，正是由于此位移使得抗滑樁發生了彎曲變形，進而使樁前產生擠壓，使樁前側的應力大大增加。于是造成了樁前側所受應力大于樁后側所受應力的情況。但是，即便抗滑樁自身存在壓應力，樁前土體抗力的作用也是不能忽視的[5]。

2.2 結果驗證

模型結果表明土質滑坡體的推力分布模式近似為三角形分布，此結果與王恭先理論及國外理論較為吻合；再與試驗模型進行比較，該模型抗滑樁后側應力曲線為拋物線，與肖世國的試驗模型吻合。

3 結語

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

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

參考文獻

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

[2] 王恭先.抗滑支擋建筑物的發展動向[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].巖土工程學報，2010（1）：120-123.

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