基于ABAQUS的邊坡雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)研究

宣杰 蔣建平

摘 要：本文應(yīng)用ABAQUS有限元軟件，分析深邊坡雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)，在地震作用下的。結(jié)果表明，邊坡在靜力工況下支護(hù)效果比較好，未產(chǎn)生滑移現(xiàn)象，而在地震作用下，樁后土體會(huì)有滑移現(xiàn)象，樁間土及樁前土水平位移相對(duì)較小。結(jié)合模型的分析結(jié)果及雙排抗滑樁支護(hù)的理論作用機(jī)理，邊坡的雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)支護(hù)下具有較好的抗震效果，可為實(shí)際工程提供參考。

關(guān)鍵詞：雙排樁；ABAQUS；抗震工程；有限元

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.07.252

0 引言

邊坡，規(guī)范[1]定義為在建（構(gòu)）筑物場(chǎng)地或其周邊，由于建（構(gòu)）筑物和市政工程開(kāi)挖或填筑施工所形成的人工邊坡和對(duì)建（構(gòu)）筑物安全或穩(wěn)定有影響的自然邊坡，具有傾斜滑動(dòng)面面的巖土結(jié)構(gòu)，其在降雨、地震、人工開(kāi)挖、爆破、上部重載等的荷載影響下，邊坡內(nèi)部的巖土體有從高處向低處滑動(dòng)的趨勢(shì)，以至某一個(gè)滑動(dòng)面上的滑動(dòng)力超過(guò)其抗滑力就會(huì)發(fā)生邊坡內(nèi)部巖土體沿著某一個(gè)滑帶向下滑動(dòng)，即滑坡現(xiàn)象。

我國(guó)屬于滑坡災(zāi)害極為頻繁的國(guó)家，其中大型和巨型滑坡占有突出重要的地位，尤其是在中國(guó)的西部地區(qū)，大型滑坡更以其規(guī)模大、機(jī)制復(fù)雜、危害大的特點(diǎn)嚴(yán)重威脅著當(dāng)?shù)孛裆陌踩８鶕?jù)“中國(guó)環(huán)境公報(bào)”[2]2013年的統(tǒng)計(jì)，全國(guó)共發(fā)生各類(lèi)地質(zhì)災(zāi)害15403起，其中滑坡9849起、崩塌3313起、泥石流1541起、地面塌陷371起、地裂縫301起、地面沉降28起。造成481人死亡、188人失蹤、264人受傷，造成直接經(jīng)濟(jì)損失101.5億元。與上年相比，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生數(shù)量、造成死亡失蹤人數(shù)和直接經(jīng)濟(jì)損失分別增加7.5%、78.4%和92.2%。

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展同時(shí)西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的進(jìn)一步實(shí)施， 無(wú)論在交通、水力、礦山等工程建設(shè)方面都涉及到大量的邊坡問(wèn)題，在建設(shè)、運(yùn)行期間，邊坡穩(wěn)定性問(wèn)題一直是主要的工程地質(zhì)問(wèn)題之一，因此合理的處治邊坡，保證邊坡的穩(wěn)定性，是巖土工程界必須考慮的問(wèn)題，并且由于西部是地震常發(fā)地區(qū)，因此對(duì)于邊坡在地震動(dòng)力下的響應(yīng)作用及邊坡抗震設(shè)計(jì)優(yōu)化方案則是目前我國(guó)乃至國(guó)內(nèi)外地質(zhì)研究的重點(diǎn)問(wèn)題之一。

1 數(shù)值建模

1.1 工程概況

本文參考[3]某實(shí)測(cè)邊坡，邊坡高度約為20m，地區(qū)要求抗震等級(jí)Ⅶ級(jí)。土體參數(shù)經(jīng)合并劃分為軟弱土和基巖土，軟弱土參數(shù)：深度15m，密度1800 kg/m3 ，彈性模量E =3MPa；基巖土參數(shù)：深度25m，密度2300 kg/m3 ，彈性模量E =10MPa，本文地震波選用經(jīng)典的汶川地震波型曲線(xiàn)，通過(guò)Ⅶ級(jí)的地震波曲線(xiàn)校正為0.1g的加速度峰值曲線(xiàn)。

1.2 模型建立

模型基本建立過(guò)程：根據(jù)實(shí)際工況情況，建立基本模型尺寸—合并上下層的材料屬性，輸入基本材料參數(shù)—?jiǎng)?chuàng)建地應(yīng)力平衡分析步及地震分析步—荷載施加分別在地應(yīng)力步及地震分析步，施加對(duì)應(yīng)的重力及地震荷載—本文采用平面應(yīng)變的分析原理，網(wǎng)格單元使用CPE4單元網(wǎng)格進(jìn)行劃分。

2 結(jié)果及展望

（1）在地震作用下，雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)作為擋土支護(hù)結(jié)構(gòu)能有效地支擋樁前土體的滑移，在支護(hù)前邊坡結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了明顯的塑形應(yīng)變區(qū)，邊坡的滑移趨勢(shì)明顯，最大位移達(dá)到了2m，土體已經(jīng)明顯破壞；而在支護(hù)后，支護(hù)結(jié)構(gòu)物支擋了樁前土的滑移趨勢(shì)，并且有效地控制了滑移土的位移量，土體的支護(hù)后最大位移為0.2m，支護(hù)結(jié)構(gòu)物尚未達(dá)到破壞。

（2）計(jì)算結(jié)果了驗(yàn)證了雙排樁樁間土的受力機(jī)理[4]，雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為門(mén)式鋼架結(jié)構(gòu)，嵌固于邊坡土體之中，從結(jié)構(gòu)的角度為超靜定結(jié)構(gòu)，在樁與樁間土共同工作的適用條件 下，樁間土分擔(dān)上部荷載的效果明顯，而在兩側(cè)樁的側(cè)摩阻力作用下，樁間土體會(huì)發(fā)生隆起及破壞現(xiàn)象，而雙排樁的樁間連梁可有效地樁間土的隆起及塑性破壞。

（3）從科學(xué)、合理、經(jīng)濟(jì)的角度，雙排樁的支護(hù)結(jié)構(gòu)可保證臨近建筑物的安全。結(jié)合實(shí)踐工程，雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)物具有施工簡(jiǎn)單、工期短的優(yōu)勢(shì)。

（4）本文就雙排樁的支護(hù)效果進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，可為地震頻發(fā)地區(qū)的邊坡支護(hù)提供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB50330-2013） [S].GB50330-2013

[2] 國(guó)家環(huán)保局. 2013年中國(guó)環(huán)境公報(bào)[M].中華 人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)部， 2013.

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

[4] 楊德健，王鐵成，尹建峰.雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)受力特征與土壓力計(jì)算分析[J].建筑科學(xué)，2007年第23卷第9期.

作者簡(jiǎn)介：宣杰（1992-），男，碩士研究生，研究方向：邊坡動(dòng)力響應(yīng)。