抗滑樁與邊坡夾角對抗滑樁抗滑效果研究

(重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院， 重慶 400074)

抗滑樁與邊坡夾角對抗滑樁抗滑效果研究

胡海波

(重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院， 重慶 400074)

基于抗滑樁與邊坡坡面夾角的大小，采取定性分析和數(shù)值模擬的方法對抗滑樁的抗滑效果開展研究，得出了改變抗滑樁與邊坡坡面的夾角（以下簡稱樁坡角）以及邊坡坡角均能影響抗滑樁作用效果，當(dāng)樁坡角約為90°時，抗滑樁對邊坡作用效果最佳，此時的抗滑樁在土壓力作用下的結(jié)果響應(yīng)最小。

樁坡角；抗滑樁；邊坡；抗滑效果

0 引言

在我國，每年因滑坡造成的經(jīng)濟(jì)損失數(shù)以億計(jì)，滑坡災(zāi)害已經(jīng)與洪水、地震災(zāi)害一同被作為全球性三大地質(zhì)災(zāi)害，它們對人類的生命、財(cái)產(chǎn)安全造成了嚴(yán)重威脅。我國每年用于滑坡處理施工的抗滑樁超過上萬根，單個抗滑樁就達(dá)數(shù)萬元或十萬元，可見采用抗滑樁治理滑坡是十分普遍且重要的技術(shù)手段，而且工程造價(jià)小則幾十萬，大則上千萬。因此，對采用抗滑樁治理滑坡的抗滑效果的研究具有十分重要的意義。[1]

1 Ansys數(shù)值模擬分析

1.1 模型概況

選取某滑坡帶的邊坡，簡化后建立有限元模型如圖1所示。由于邊坡為某一方向無限長的結(jié)構(gòu)體，故采用二維模型進(jìn)行分析。邊坡考慮彈性和彈塑性兩種材料，以邊坡滑體沿著X軸方向的最大位移作為衡量抗滑樁對邊坡作用效果的評價(jià)指標(biāo)。X軸方向的最大位移越小，說明邊坡的變形越小，抗滑樁作用效果越好。[3]

輸入模型的參數(shù)如下，A1區(qū)域土體彈性模量為3×106Pa，泊松比為0.24，密度為2700，粘聚力9×105Pa，摩擦角為42°。A2區(qū)域土體彈性模量為2.9×106Pa，泊松比為0.25，密度為2500，粘聚力9×105Pa，摩擦角為40°。A3區(qū)域抗滑樁彈性模量為4×1010Pa，泊松比為0.3。

圖1 ANSYS模型二維平面圖

1.2 最佳樁坡角的分析確定

1.2.1 滑體最大位移與樁坡角、坡角的關(guān)系

采用ansys建立的邊坡有限元模型，計(jì)算出滑體在不同樁坡角、邊坡坡角時的最大位移值如表1，由表1繪制圖2。

表1 滑體最大位移值和坡頂X方向最大位移值

由圖2可知，在邊坡坡角為40°～80°范圍內(nèi)，隨著樁坡角的增大，最大位移值小幅度上升。當(dāng)坡角較大時，樁坡角對最大位移值的影響較小，可忽略不計(jì)。

在樁坡角為67.5°～112.5°的范圍內(nèi)，隨著坡角的增大，最大位移值隨之增大，而且增長速率減小。由此，根據(jù)材料力學(xué)和平衡力學(xué)原理可分析得出，邊坡模型符合實(shí)際，可由該模型分析推導(dǎo)其他理論參數(shù)。

1.2.2 由坡頂X方向最大位移確定最佳樁坡角

計(jì)算出邊坡坡頂在不同樁坡角、邊坡坡角時的X方向最大位移值如表1，由表1繪制圖3。

圖2 滑體最大位移與樁坡角、坡角的關(guān)系圖

圖3 坡頂X方向最大位移與樁坡角、坡角的關(guān)系圖

由圖3可知，在邊坡坡角為40°～80°范圍內(nèi)，樁坡角在67.5°→90°時，X方向的位移減小；樁坡角在90°→112.5°時，X方向的位移增大。樁坡角約為90°時X方向的位移最小。因此90°為樁坡角的最佳值，此時抗滑樁對邊坡的抗滑作用最大。故可建議實(shí)際工程中，在施工條件滿足時，以90°作為樁坡角的設(shè)計(jì)建議值。

在樁坡角為67.5°～112.5°范圍內(nèi)，邊坡坡角在40°→65°時，X方向的位移顯著增大；邊坡坡角在65°→80°時，X方向的位移顯著減小。造成該現(xiàn)象的原因?yàn)槠陆菫?0°→65°時，滑體自重逐漸增大，重心對滑動面上半部分（斜率較大，接近垂直）作用明顯，使得X方向的位移隨著滑體向下移動而增大；邊坡坡角在65°→80°時，滑體自重進(jìn)一步增大，重心對滑動面下半部分（斜率較小，接近水平）作用明顯，使得滑體的作用力更多的作用在接近水平的滑動面上，故X方向的位移減小。

2 結(jié)論

（1）樁坡角是影響抗滑樁對邊坡作用效果的重要因素；

（2）當(dāng)樁坡角約為90°時，此時抗滑樁對邊坡作用效果最佳。在施工條件滿足要求時，可采用樁坡角為90°來設(shè)計(jì)抗滑樁；

（3）不同邊坡坡角下，最佳樁坡角均約為90°。邊坡坡角對最佳樁坡角影響不明顯。

[1]年廷凱,徐海洋,劉紅帥.抗滑樁加固邊坡三維數(shù)值分析中的幾個問題[J].巖土力學(xué),2012,33（8）:2521-2526.

[2]戴自航,徐祥.邊坡抗滑樁設(shè)計(jì)計(jì)算的三維有限元法[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2012,31（12）:2572-2578.

[3]張愛軍.擋土樁—土相互作用模型及抗滑樁加固邊坡簡化計(jì)算方法研究[D].華南理工大學(xué),2013.

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1007-6344（2017）08-0323-01

胡海波(1992-)，男，重慶人，碩士在讀研究生，研究方向?yàn)槌鞘械缆泛徒煌üこ淘O(shè)計(jì)理論與養(yǎng)護(hù)技術(shù)。