有錨門式抗滑樁數值模擬

馮劍敏

摘 要：滑坡是一種常見的地質災害，抗滑樁作為一種有效的防止方法，已經被廣為使用。在大型滑坡的治理中，由于樁間距和滑坡體寬度的限制，單排抗滑樁常常無法滿足抗滑力的要求，所以有些滑坡治理工程中就采用了有頂梁的雙排抗滑樁，也就是門式抗滑樁。為了更好地發揮抗滑樁的抗滑效果，常常在樁頂設置預應力錨。為明確錨拉結構的受力性狀，利用abaqus有限元分析軟件，分析有錨拉的門式抗滑樁進行對比分析，以確定錨拉結構對于門式抗滑樁的影響。

關鍵詞：錨桿 抗滑樁 ABAQUS

中圖分類號：TU47 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）02（a）-0067-01

滑坡常常給工農業生產以及人民生命財產造成巨大損失、有的甚至是毀滅性的災難。國內外對于滑坡防治取得了很大的進步，尤其是抗滑樁方面發展迅速，取得了良好的效果。單排抗滑樁樁，懸臂式抗滑樁，門式結構抗滑樁，錨拉式抗滑樁等新型結構都已經在各種工程中得到了應用，但是對于抗滑樁的理論研究還是很少，特別是錨拉門式抗滑樁結構復雜，計算困難，還鮮有人問津。康紅普等對預應力錨桿的設計進行了分析[1]，李尋昌等通過建立物理模型對有錨抗滑樁進行了分析[2]，吳立堅等對微型樁錨支護系統進行了有限元分析[3]，該文將通過abaqus有限元模擬的方法，分析有錨拉的門式抗滑樁土體與樁體的各項參數，以此來探討錨拉結構對于門式抗滑樁的受力影響。為實際工程應用起到借鑒作用。

加錨門式抗滑樁是種特殊的支護結構，它是由兩排平行的鋼筋混凝土樁加以樁頂的冠梁形成的空間門架式結構體系[4]，為了更好地發揮抗滑樁的抗滑效果，還在樁頂處設置了預應力錨。這種結構具有較大的側向剛度，可以有效地限制邊坡結構的側向變形，與單排懸臂結構、內撐式結構相比，其具有施工方便，不用設置內支撐，擋土結構受力條件好等優點。下面，該文就采用abaqus有限元分析軟件，在其他各項參數相同的情況下，對有無錨拉的門式抗滑樁進行對比分析，為錨拉門式抗滑樁的實際工程進行參考。

1 三維數值模擬分析

研究目的：通過abaqus有限元分析軟件建立有錨門式抗滑樁三維模型，進行數值分析。

1.1 模型尺寸

該文采用常見的分層邊坡分析，上層滑體，下層滑床。邊坡長度40m，高度20m，上層滑體12m，下層滑坡8m，坡腳高10m，坡度為45°。樁為長寬各一米的方樁，前后排樁間距離為3m，相鄰門式結構間距離為3m。錨與樁均插入下層滑床中。其二維結構剖面圖如圖1所示。

1.2 模型參數

門式結構抗滑樁密度2.6g/cm2，彈性模量30 000MPa，泊松比0.2，樁底，錨桿底部與土體均設置為tie接觸，側面設置摩擦接觸，摩擦系數為0.6。土體分為兩層，上層土為滑體，密度2.2g/cm2，彈性模量20 000MPa，泊松比0.25。下層土為滑床，密度2.5g/cm2彈性模量12 000MPa，泊松比0.25。施加重力荷載與邊界參數后輸出結果。

2 結果分析

土拱是土體抵抗滑坡推力的表現，由于大主應力軌跡線就是土拱的形狀，我們可以通過簡單大主應力剖面云圖對比得出結論。該文通過提取土體10m處大主應力剖面圖（圖2），可以發現在土體中出現了前排樁處，后排樁處，錨桿處三組明顯土拱拋物線。土體應力在這些地方出現了明顯的突變。這說明此時有錨門式結構承擔了更多的滑坡力，土體的穩定性更好。所以從土拱現象角度看，有錨門式結構抵抗破壞的能力更強，土體整體的穩定性更好。

3 結語

通過對結果的分析可以看到錨桿后方與抗滑樁后方形成了相似的土拱，這就對應著相似的應力突變，所以在整個體系中充當著與抗滑樁相似的作用，由于錨桿的位置在整個土體的后方，所以，在穩定后方土體方面，錨桿起著抗滑樁無法起到的作用。通過對錨桿與抗滑樁的共同使用，也就是帶錨門式抗滑樁可以在有限的布置空間內更好地治理滑坡。

參考文獻

[1] 康紅普，姜鐵明，高富強.預應力錨桿支護參數的設計[J].煤炭學報，2008，33（7）：721-726.

[2] 李尋昌，門玉朋，張濤，等.錨桿抗滑樁破壞模式的試驗研究[J].巖土工程學報，2011，33（5）：803-807.

[3] 吳立堅，譚冬生，洪政.微型樁_錨索系統加固邊坡影響因素分析[J].鐵道工程學報，2014，31（6）：24-29.

[4] 李立軍.雙排樁支護結構的數值分析與現場試驗研究[D].太原：太原理工大學學報，2013.