埋入式等（變）截面預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁滑坡加固穩(wěn)定性分析

劉輝

【摘 要】采用理論分析方法進(jìn)行預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁加固邊坡穩(wěn)定性分析存在假定較多、三維分析困難的問題。文章采用GTS NX軟件與有限元強(qiáng)度折減法相結(jié)合的模式，對(duì)預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁支擋結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行數(shù)值模擬。對(duì)相同地質(zhì)條件下的無樁、等截面樁、變截面樁進(jìn)行數(shù)值模擬，驗(yàn)證預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁工程的有效性，對(duì)比兩種樁型的受力情況分析不同截面形式預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁的優(yōu)劣性。模擬研究結(jié)果表明，變截面抗滑樁與等截面抗滑樁受力狀態(tài)基本一致，但變截面抗滑樁可以適當(dāng)降低工程造價(jià)，可用于部分坡體加固設(shè)計(jì)時(shí)的備選方案。

【關(guān)鍵詞】邊坡穩(wěn)定性;三維數(shù)值模擬;預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁;有限元強(qiáng)度折減法

【中圖分類號(hào)】U418.55 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2020）03-0090-02

0 前言

本文采用GTS NX巖土數(shù)值模擬軟件與有限元強(qiáng)度折減法相結(jié)合的模式，對(duì)相同地質(zhì)條件下的無樁、埋入式等截面預(yù)應(yīng)力錨索樁、埋入式變截面預(yù)應(yīng)力錨索樁進(jìn)行數(shù)值模擬，驗(yàn)證預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁的工程有效性，同時(shí)對(duì)比兩種樁型的受力情況分析不同截面形式預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁的優(yōu)劣性。這種方法既能考慮多個(gè)方向的破壞滑動(dòng)的假定，使結(jié)果接近真實(shí)狀況，又能用工程界所認(rèn)知的安全系數(shù)來評(píng)價(jià)邊坡的穩(wěn)定性，應(yīng)用前景十分廣泛。

1 有限元強(qiáng)度折減法原理

在強(qiáng)度折減法中，安全系數(shù)的定義在本質(zhì)上與傳統(tǒng)極限平衡法是一致的。抗剪強(qiáng)度指標(biāo)如下：

將C1、φ1作為參數(shù)，計(jì)算到?jīng)]有收斂，將沒有收斂的階段視為破壞，并將該階段最大的強(qiáng)度折減率作為邊坡的最小安全系數(shù)，此時(shí)坡體達(dá)到極限狀態(tài)，發(fā)生剪切破壞，同時(shí)可以得到坡體的破壞滑動(dòng)面。

2 GTS NX數(shù)值模擬

2.1 工程概況

貴合路K7+050-K7+130右側(cè)滑坡位于貴港市港南區(qū)木格鎮(zhèn)云垌村，該滑坡體影響區(qū)內(nèi)的交通。滑坡體為剝蝕丘陵地貌，上覆第四系沖洪積黏性土及坡殘積黏土、含碎石黏土等，厚0.5～8 m，下伏泥盆系上～下統(tǒng)泥質(zhì)粉砂巖、砂巖、粉砂質(zhì)泥巖等，巖體較破碎。滑動(dòng)帶為粉質(zhì)黏土，其強(qiáng)度計(jì)算參數(shù)為C=11 kPa、φ=11°。滑坡區(qū)地下水類型可分為基巖裂隙水及第四系沉積物和崩塌堆積物孔隙水。因滑床為結(jié)構(gòu)完整性較好的巖層，其土抗力系數(shù)可視為常數(shù)。本例綜合有關(guān)的資料，其地基系數(shù)K=3×106 kN/m3，此時(shí)認(rèn)為1/n=0，即按“K法”計(jì)算。

2.2 防治工程主要技術(shù)參數(shù)

防治工程主要技術(shù)參數(shù)的選取是影響坡體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的重要因素。根據(jù)勘察報(bào)告提供的資料，綜合各個(gè)方面的影響因素，確定本次模型計(jì)算主要采用的防治工程主要技術(shù)參數(shù)為巖土體的密度（ρ）、彈性模量（E）、泊松比（μ）、黏聚力（C）和內(nèi)摩擦角（φ），具體數(shù)值見表1。

2.3 模型的建立

應(yīng)用CAD繪制工程實(shí)例中的土體及抗滑樁的二維模型，導(dǎo)入GTS NX中得到軟件中的二維模型。通過擴(kuò)展網(wǎng)格定義材料、屬性，將二維模型擴(kuò)展為三維模型。最終得到模型尺寸如下：模型長70 m，寬12 m，滑坡體前高25 m，后高50 m;等截面抗滑樁截面形式為B×H=2×1.5，樁的中心距離模型側(cè)面3 m，樁間距為6 m，距離滑坡體前部34 m，入土深度為25 m，非嵌固端長10 m;每根樁設(shè)置上下兩排錨索，自由段長度分別為18 m和15 m，上錨索施加600 kN預(yù)應(yīng)力，下錨索施加800 kN預(yù)應(yīng)力，二者與水平面夾角均為30°，變截面抗滑樁樁底截面形式為B×H=2×1.5，滑動(dòng)面以上為變截面，樁頂截面形式為B×H=1×1.5，截面變化形式為線性變化。

建立總體模型后，對(duì)模型材料進(jìn)行定義，將其屬性賦予模型中的相應(yīng)網(wǎng)格，具體參數(shù)見表2、表3。

2.4 模型求解和結(jié)果分析

建立模型以后，對(duì)工況和邊界約束條件進(jìn)行設(shè)置，即可對(duì)建立的模型進(jìn)行求解。

從模擬結(jié)果來看，加入等截面、變截面預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁以后，邊坡的穩(wěn)定性有了明顯的改善。從三者的整體位移圖、塑性變形圖可以看出，加入預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁以后土體更加穩(wěn)定，位移、變形明顯變小。變截面預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁相較于等截面預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁，受力狀態(tài)基本一致，同樣可以達(dá)到邊坡穩(wěn)定性支護(hù)效果，可用于部分坡體加固設(shè)計(jì)時(shí)的優(yōu)選備選方案，但變截面形式的抗滑樁施工難度適當(dāng)變大。從數(shù)值模擬結(jié)果的樁—索整體位移圖及平均有效壓力圖來看，不同截面形式的預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁在相同受力狀態(tài)下，變截面預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁的滑動(dòng)面位置更靠近樁頂。

3 結(jié)論

（1）預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁是一種合理有效的邊坡治理措施。對(duì)于埋入式錨索抗滑樁，變截面抗滑樁與等截面抗滑樁受力狀態(tài)基本一致，同樣可以達(dá)到邊坡穩(wěn)定的支護(hù)效果，但變截面抗滑樁可以適當(dāng)降低工程造價(jià)，可用于部分坡體加固設(shè)計(jì)時(shí)的優(yōu)選備選方案。

（2）從數(shù)值模擬結(jié)果的樁—索整體位移圖及平均有效壓力圖來看，不同截面形式的預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁在相同受力狀態(tài)下的變截面形式的滑動(dòng)面位置更靠近樁頂。

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