樁-土-邊坡相互作用數(shù)值分析

■周鵬敏

（玉溪市水利建設(shè)大隊(duì) 云南玉溪653100）

樁-土-邊坡相互作用數(shù)值分析

■周鵬敏

（玉溪市水利建設(shè)大隊(duì) 云南玉溪653100）

隨著現(xiàn)代社會(huì)的不斷發(fā)展，人口數(shù)量得到了快速地增長，使得大量的土地資源被占用。然而隨著土地資源的減少使得人們不得不對(duì)現(xiàn)有的山體進(jìn)行開挖，從而滿足人們對(duì)住房的需要。也正是因?yàn)檫@種不當(dāng)?shù)拈_挖導(dǎo)致大量的邊坡出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，造成人們?nèi)松碡?cái)產(chǎn)的損失。如何對(duì)有限的土地資源進(jìn)行合理的利用又能減少滑坡帶來的危害成為巖土工程人員需要解決的頭等問題。本文就以樁-土-邊坡相互作用數(shù)值分析為研究課題，系統(tǒng)的進(jìn)行闡述和研究。

樁-土-邊坡阻滑樁數(shù)值分析

樁-土-邊坡相互作用機(jī)制是邊坡阻滑樁設(shè)計(jì)的基本原理。在邊坡的防護(hù)和加固工程當(dāng)中防滑樁有著重要的應(yīng)用價(jià)值，并且由于防滑樁的廣泛應(yīng)用，其目前已經(jīng)成為當(dāng)下解決樁-土-邊坡相互作用問題的主要施工措施之一。阻滑樁在荷載的受力之下，因?yàn)闃?土-邊坡之間發(fā)生的相互作用力，從而產(chǎn)生了土拱現(xiàn)象，這也是防滑樁應(yīng)用的主要理論依據(jù)。由此可見，阻滑樁對(duì)于樁-土-邊坡相互作用的數(shù)值分析具有非常重要的應(yīng)用價(jià)值。

1　樁-土-邊坡穩(wěn)定性的強(qiáng)度折減貪塑性有限數(shù)值分析方法

1.1強(qiáng)度折減技術(shù)

對(duì)簡單剖面的均質(zhì)土坡來講，能夠準(zhǔn)確的把握潛在破壞面的位置及其形狀，因此可采用極限平衡法能比較快速的確定邊坡的臨界破壞面以及與之相對(duì)應(yīng)的安全系數(shù)。然而，在具體的施工中無論是天然的邊坡還是人工邊坡其斷面都比較的復(fù)雜，因此難以確定臨界的滑動(dòng)面的具體形狀及其位置，這也就制約了傳統(tǒng)極限平衡法的應(yīng)用。強(qiáng)度折減彈塑性有限元方法，能夠?qū)@些問題進(jìn)行有效的處理，并且還能考慮樁-土-邊坡相互作用力的影響，并且對(duì)變形破的相關(guān)因素進(jìn)行有效的分析，此外，強(qiáng)度折減彈塑性有限元方法還不需要假定滑移面的形狀，從而大大的方便了安全系數(shù)的計(jì)算[1]。

1.2樁-土-邊坡相互作用的計(jì)算方法

1.2.1有限元分析軟件ABAQUS計(jì)算分析軟件

對(duì)樁-土-邊坡相互作用的計(jì)算方式多數(shù)都是采用有限元分析軟件ABAQUS進(jìn)行分析管理?，F(xiàn)今世界上，有限元分析軟件ABAQUS已成為最先進(jìn)的非線性有限元力學(xué)分析軟件，它可以分析樁-土-邊坡相互間復(fù)雜的固體力學(xué)的安全系數(shù)[2]。

1.2.2有限元基本方程

在對(duì)樁-土-邊坡的相互作用力的分析中不考慮空隙水壓力的影響，其基本的計(jì)算方程如右：

平衡方程：

2　阻滑樁加固土坡穩(wěn)定性的數(shù)值分析

2.1阻滑樁加固前邊坡的穩(wěn)定性分析

如下圖所示，該邊坡的高度為8米，坡度比為1:2，分別由上下兩層組成，其中上層圖的內(nèi)摩擦角Ф=10度，粘聚力c=10KPa，容重r=19.6kN.m-3,變形模量為E=50MPa，泊松比v=0.35。其下層為基層巖室，且地下水位埋藏較深。邊坡的左側(cè)及其邊坡的坡腳都是采用水平的約束條件，底部則采用固定的邊界條件。

利用有限原數(shù)值計(jì)算不收斂作為最后的判斷依據(jù)其所獲得的邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)為1.003，這與極限平衡法的解答基本一致。

2.2阻滑樁加固后邊坡的穩(wěn)定性分析

采用阻滑樁加固后的邊坡的有限計(jì)算如下圖所示。阻滑樁以單排的混凝土灌注樁為例，其樁徑為d=0.5m兩樁之間的距離為2.0D，其樁身嵌入基巖層以下為4.0m。整個(gè)阻滑樁體一共有12個(gè)單元，整體土體是1128個(gè)單元，其加固后的邊界約束和加固前的邊界約束力相同。依次對(duì)其進(jìn)行數(shù)值分析。

邊坡特征點(diǎn)無量綱位移與強(qiáng)度折減系數(shù)的變化關(guān)系圖

3　樁-土-邊坡相互作用數(shù)值分析的展望和建議

3.1樁-土-邊坡相互作用數(shù)值分析的展望

阻滑樁在邊坡的加固和防坍塌工程的加固得到了廣泛的使用。其中的強(qiáng)度折減技術(shù)和有限元分析方法能夠幫助施工工人針對(duì)邊坡的毀壞位置和形狀進(jìn)行具體的判斷和了解。然而因?yàn)闃?土-邊坡相互作用之間較為復(fù)雜的關(guān)系使得樁-土-邊坡相互作用之間的規(guī)律還沒有徹底的解決，也正因如此，給后來的工程勘測人員和樁-土-邊坡的調(diào)查人員提供了較為廣泛的發(fā)展空間，雖然本文已經(jīng)對(duì)樁-土-邊坡之間的穩(wěn)定性進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，但還有很多的不足之處需要修改，因此需要相關(guān)的研究人員對(duì)樁-土-邊坡相互作用在此基礎(chǔ)上在進(jìn)行了解和分析[3]。

3.2樁-土-邊坡相互作用數(shù)值分析的發(fā)展建議

現(xiàn)在樁-土-邊坡相互作用方法主要是利用強(qiáng)度折減彈塑性有效元數(shù)值進(jìn)行分析，雖然這種數(shù)值分析方式已經(jīng)是現(xiàn)今為止最先進(jìn)的數(shù)值分析方法之一，但是對(duì)于樁-土-邊坡相互作用間的規(guī)律還有一些不完善的地方，所以還需要進(jìn)行不斷的完善。并且將有效元分析法與經(jīng)典案例相結(jié)合，然后對(duì)樁-土-邊坡的穩(wěn)定性數(shù)值分析進(jìn)行驗(yàn)證，并找出其中的不足，在此基礎(chǔ)再系統(tǒng)的觀察樁-土-邊坡相互作用之間的影響因素及其規(guī)律發(fā)展，進(jìn)而完善樁-土-邊坡相互作用的數(shù)值分析。

4　結(jié)語

綜上所述，隨著人口數(shù)量的增長，使得土地資源明顯出現(xiàn)了嚴(yán)重缺乏的現(xiàn)象，也正是因?yàn)檫@種缺乏使得很多的天然邊坡和人工邊坡遭到了人為的破壞，并出現(xiàn)了嚴(yán)重的失穩(wěn)現(xiàn)象。樁-土-邊坡相互作用機(jī)制是邊坡阻滑樁設(shè)計(jì)的基本原理并在邊坡的防護(hù)和加固工程當(dāng)中防滑樁有著重要的應(yīng)用價(jià)值，并且伴隨著防滑樁的廣泛應(yīng)用，目前已經(jīng)成為當(dāng)下解決樁-土-邊坡相互作用問題的主要施工措施。但是樁-土-邊坡相互作用的數(shù)值分析方法上還存在著嚴(yán)重的不足現(xiàn)象，需要進(jìn)一步的改善，才能促進(jìn)邊坡的防護(hù)加固具有更高的穩(wěn)定性和較強(qiáng)的載荷力。

[1]年廷凱,徐海洋,劉紅帥等.抗滑樁加固邊坡三維數(shù)值分析中的幾個(gè)問題 [J].巖土力學(xué),2012,(8):2521-2526,2535.

[2]唐曉松,劉明維,葉海林等.基于ABAQUS的抗滑樁三維有限元分析 [J].地下空間與工程學(xué)報(bào),2010,(z2):1614-1618.

[3]樓金其.抗滑樁加固巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的數(shù)值模擬分析 [J].鐵道建筑,2012,(5):120-122.

U213.1+3[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-2-390-1