關于抗滑樁土拱效應和參數優化設計的研究概況

張率寧

摘? 要：針對抗滑樁加固邊坡的力學機理和參數優化問題，文章綜述了國內外學者關于抗滑樁土拱效應和參數設計方面的研究成果。土拱效應反映了抗滑樁加固邊坡力學機理，抗滑樁參數設計則主要包括抗滑樁的布設方式、樁間距和嵌固深度等方面，希望文章可為抗滑樁研究提供一定借鑒。

關鍵詞：抗滑樁;土拱效應;參數設計

中圖分類號：TV223.2? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）16-0091-02

Abstract： In order to solve the problem of mechanism of anti-slide pile to reinforce slope and parameter optimization of anti-slide pile reinforcing slope， the research results of scholars at home and abroad on arch effect and parameter design of anti-slide piles are summarized in this paper. The soil arching effect reflect the mechanical mechanism of anti-slide pile reinforcement while the design of anti-slide pile parameters mainly includes anti-slide pile layout， pile spacing and embedded depth， etc.， which can provide reference for related anti-slide pile research.

Keywords： anti-slide pile; soil arching effect; Parameter design

1 抗滑樁簡介

作為常用的邊坡加固措施之一，抗滑樁利用錨入滑床受載段與樁周巖土體相互作用穩定邊坡滑體，防止其從樁間穿過。抗滑樁的工作機理主要體現在樁、土、邊坡間的相互作用。被抗滑樁加固后的邊坡的變形和受力狀態產生了變化，獲得更高的穩定性。

抗滑樁與常見的邊坡防治技術相比，具有很多優點：

（1）抗滑能力強。

（2）施工安全。

（3）布樁速度快。

（4）經濟成本低等，并且不會進一步惡化滑坡環境，因而在邊坡加固中被廣泛應用和推廣。

雖然抗滑樁在滑坡治理中得到了廣泛的應用，但其加固邊坡的機理仍然無法滿足日益增長的工程建設需求。除此以外，在實際工程中，抗滑樁的設計主要依據規范取經驗值，具有一定的盲目性。為了進一步明晰抗滑樁加固邊坡理論和研究現狀，本文分別對可反映抗滑樁加固邊坡力學機理的土拱效應和抗滑樁參數設計做了研究綜述，希望可為抗滑樁研究提供一定借鑒。

2 抗滑樁土拱效應研究概況

土拱效應[1]是土力學中常見的現象通過調整土體內應力使應力重新分布，從而有效地將滑坡推力傳遞到周圍抗滑樁上，反映了抗滑樁加固邊坡的力學機理。

Terzaghi[2]首先提出了土拱效應的概念，并通過著名的滑動門試驗驗證，建立了Terzaghi地基土壓力松弛的經典理論計算公式。Harropwilliams[3]將土拱定義為小主應力的軌跡，研究了平行墻間土體的土拱效應。楊明等[4]采用離心模型試驗和數值分析研究樁間土拱效應，提出土拱破壞模式和破壞標準，分析樁間凈距對土拱承載力的影響。Ellis和Aslam[5]主要研究了樁承路堤的土拱效應，總結了一些研究規律，基于土拱效應的力學模型，建立了樁承路堤的設計計算方法。趙波等[6]采用有限差分軟件分析多種因素對雙排抗滑樁土拱效應的影響，發現隨著黏聚力和內摩擦角的增大，樁間土拱效應逐漸增強。蔣建平等[7]通過有限元軟件分析了懸臂式矩形抗滑樁三維土拱效應，研究發現土拱抗滑樁性能在樁頂下1m處，樁間距為4樁寬時發揮效果最好。Ruhong W等[8]根據圓形截面鉆孔樁的合理拱軸線和壓縮斷裂角的幾何特征，給出了圓形截面鉆孔樁合理的拱形式。廖方等[9]研究梯形斷面抗滑樁的土拱效應，并以此為基礎建立樁間距計算模型。

3 抗滑樁參數優化設計研究概況

目前工程界多通過規范給出抗滑樁參數設計經驗值，但在針對一些特定的邊坡加固問題，僅通過規范可能使抗滑樁設計具有盲目性。

近年來，學術界也對抗滑樁參數設計方面作了大量研究。鄒盛堂等[10]采用有限元強度折減法分析了設樁位置對邊坡穩定性的影響，發現在難以確定邊坡滑動面的前提下可將抗滑樁設于邊坡中下部。譚朝瑞等[11]采用有限強度折減法分析了抗滑樁布設位置對樁土相互作用的影響，研究發現布設在邊坡中部的抗滑樁可更好的抵抗樁后滑體推力。張永興等[12]以通過對懸臂式抗滑樁的有限元分析，探究樁間距對相關參數的敏感度。年廷凱等[13]基于極限分析下限定理，建立了杭滑樁樁周土體側向容許承載力的下限解法。彭瑜等[14]基于梯形斷面抗滑樁的各種形式樁間距的計算，研究了樁傾角與樁間距的相關性并探討合理樁傾角的取值。

4 結束語

本文針對抗滑樁加固邊坡的力學機理問題，綜述了國內外學者關于土拱效應的研究情況，對于實際工程中滑樁參數設計可能存在的盲目性問題，分別綜述了抗滑樁設樁位置、樁間距、樁身錨固深度等方面研究現狀，可為相關工程實踐和理論研究提供一定的借鑒。

參考文獻：

[1]吳子樹，張利民，胡定.土拱的形成機理及存在條件的探討[J].成都科技大學學報，1995（2）：15-19.

[2]Terzaghi K. Stress distribution in dry and in saturated sand above a vielding trap-door[C]. Proceedings of 1st Conference of Soil Mechanics and Foundation Engineering. Boston， 1936，1：307-316.

[3]Harropwilliams K. Arch in Soil Arching[J]. Journal of Geotechnical Engineering， 1989，115（3）：415-419.

[4]楊明，姚令侃，王廣軍.樁間土拱效應離心模型試驗及數值模擬研究[J].巖土力學，2008，29（3）：817-822.

[5]Ellis E， Aslam R. Arching in piled embankments： comparison of centrifuge tests and predictive methods-part 1 of 2[J]. Ground engineering， 2009，42（6）：34-38.

[6]趙波，王運生，李貞，等.雙排抗滑樁土拱效應影響因素的數值分析[J].中外公路，2017，37（02）：1-8.

[7]蔣建平，姚均東.滑體為黏土層的懸臂式抗滑樁三維土拱效應研究[J].應用基礎與工程科學學報，2017，25（05）：1011-1025.

[8]Ruhong W， Haiqing Z. Analysis of the soil arch effect of the mechanical rotary bored anti-slide piles and ultimate arch thickness calculation[J]. Modelling， Measurement and Control B， 2017，86（2）：502-506.

[9]廖方，楊志永，孟德宇.梯形斷面抗滑樁樁間距計算方法研究[J].人民長江，2018，49（03）：72-76.

[10]鄒盛堂，戴自航.抗滑樁加固土坡效果及合理樁位的三維有限元分析[J].福州大學學報（自然科學版），2012，40（5）：664-669.

[11]譚朝瑞，晏鄂川，杜毅.基于場地位移變形要求的滑坡抗滑樁位置有限元模擬[J].安全與環境工程，2019，26（01）：42-49.

[12]張永興，董捷，文海家，等.考慮自重應力的懸臂式抗滑樁三維土拱效應及合理間距研究[J].中國公路學報，2009，22（2）：18-24.

[13]年廷凱，奈茂田，鄭德鳳，等.基于極限分析下限方法的抗滑樁錨固深度檢算[J].武漢理工大學學報，2007，29（8）：82-86.

[14]彭瑜，陳洪凱.基于樁間距計算的梯形抗滑樁樁側角取值[J].水運工程，2018（12）：202-207.