路基邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)中抗滑樁的影響因素研究

吳敬媛

摘要：文章采用有限元模擬軟件對(duì)路基邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)中抗滑樁的影響因素進(jìn)行研究，通過改變抗滑樁的樁截面尺寸、樁間距及樁的錨固深度對(duì)邊坡的位移變化進(jìn)行分析。研究結(jié)果表明：抗滑樁的截面尺寸改變對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響較小，不同截面的樁身水平位移值幾乎相同;樁與樁之間的間距對(duì)邊坡水平位移有一定的影響，隨著樁間距的增大，水平位移增大，對(duì)邊坡的穩(wěn)定不利;樁的錨固深度對(duì)邊坡水平位移有一定的影響，隨著樁錨固深度的增大，邊坡的水平位移逐漸減小，有利于邊坡的穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：路基;邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu);抗滑樁;有限元模擬

0 引言

近年來隨著我國(guó)社會(huì)的發(fā)展及城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，城市的交通形式也日趨多樣性，在城市建筑與道路建設(shè)過程中面臨的邊坡防護(hù)問題也越來越多，支護(hù)邊坡的支護(hù)結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)及施工中如果存在安全問題，一旦破壞將對(duì)工程造成嚴(yán)重的后果?？够瑯妒窃谶吰轮ёo(hù)結(jié)構(gòu)中較為常見的一種結(jié)構(gòu)形式，該結(jié)構(gòu)能夠較好地保證邊坡穩(wěn)定性，并且具有簡(jiǎn)便快捷、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，但抗滑樁支護(hù)結(jié)構(gòu)容易受樁平面位置、樁截面、樁間距及樁錨固深度等因素的影響[1-3]。王亮清等人[4]通過對(duì)實(shí)際工程的研究，提出關(guān)于滑坡推力的確定方法;王聰聰?shù)热薣5]對(duì)抗滑樁的布設(shè)位置、樁體的彈性模量及樁長(zhǎng)等設(shè)計(jì)因素進(jìn)行研究;鄒盛堂[6]根據(jù)有限元軟件ABAQUS，對(duì)抗滑樁加固土質(zhì)邊坡的三維模型進(jìn)行分析，對(duì)邊坡加固中抗滑樁的合理布設(shè)位置進(jìn)行研究;戴自航等人[7]根據(jù)有限元強(qiáng)度折減法建立了不同抗滑樁設(shè)樁方案模型，對(duì)邊坡安全系數(shù)與樁長(zhǎng)、樁徑和樁間距的關(guān)系進(jìn)行分析，同時(shí)揭示了樁周土壓力的分布規(guī)律。

目前相關(guān)的研究已取得一定的成果，但在支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)因素等方面還存在一些不足，為此本文根據(jù)已有的研究成果，利用有限元模擬軟件對(duì)影響抗滑樁的因素進(jìn)行研究，通過改變抗滑樁的樁截面尺寸、樁間距及樁的錨固深度對(duì)邊坡的位移變化進(jìn)行研究分析。

1 影響抗滑樁的因素

在一般的情況下，根據(jù)項(xiàng)目所處的位置不同會(huì)面對(duì)不同的滑坡體，抗滑樁的設(shè)計(jì)要素選擇會(huì)不同，影響抗滑樁的因素也會(huì)不同。根據(jù)相關(guān)研究表明，影響抗滑樁的因素主要有抗滑樁的平面位置、截面尺寸、樁的樁間距及樁的錨固深度等。下頁(yè)表1將對(duì)這些影響因素進(jìn)行簡(jiǎn)要分析介紹。

樁的錨固長(zhǎng)度是指樁埋入滑動(dòng)面以下穩(wěn)定地層的長(zhǎng)度，目前的工程在考慮錨固深度時(shí)主要是從控制錨固段樁身周圍地層的強(qiáng)度來進(jìn)行，必須滿足錨固段樁側(cè)應(yīng)力不大于地層的側(cè)向容許應(yīng)力。若樁錨固深度過短則可能出現(xiàn)穩(wěn)定性不足，若錨固深度過長(zhǎng)則將造成施工困難[BG）F][KH-*2]

2 有限元模擬分析

本次對(duì)抗滑樁的模擬主要是采用Midas-GTS-NX軟件。該軟件具有豐富的分析與設(shè)計(jì)功能，具備應(yīng)力、動(dòng)力、邊坡穩(wěn)定及襯砌等分析功能，能夠支持摩爾-庫(kù)倫、修正摩爾-庫(kù)倫等本構(gòu)模型，還能自定義模型。

2.1 有限元模型的建立

本次模型的建立只考慮彈性模量及泊松比，抗滑樁采用線彈性模型，巖土采用摩爾-庫(kù)倫模型，本次模型的整體大小為115 m×135 m×70 m，模擬的邊界條件采用地面支承邊界，在寬度兩側(cè)設(shè)置限制X向的平動(dòng)位移，長(zhǎng)度兩側(cè)設(shè)置現(xiàn)在Y向的平動(dòng)位移，在底部設(shè)置限制Z向的位移，在邊坡的坡頂及坡角及邊坡的上表面均不設(shè)置平動(dòng)約束。部分模型如圖1所示，模型中的參數(shù)設(shè)置如表2所示。

2.2 有限元結(jié)果分析

（1）不同樁截面尺寸分析

本次對(duì)不同樁截面尺寸的模擬中，在保持其余參數(shù)不變的情況下，選取樁間距為5 m，樁錨深度為8 m，改變樁截面的尺寸，分別設(shè)置1.5×3 m、2×3 m、2.5×3 m及2.5×3 m四種尺寸進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，根據(jù)不同抗滑樁截面尺寸所對(duì)應(yīng)的樁頂及樁身的水平位移數(shù)值計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，具體的結(jié)果如表3所示。

根據(jù)表3數(shù)據(jù)繪制關(guān)于不同截面下樁身的水平位移圖，如圖2所示。

從圖2中可以看出，不論是哪種截面，其水平位移隨著樁身埋深的增大而逐漸地減小，對(duì)比不同的截面可以發(fā)現(xiàn)，這幾種截面下的抗滑樁樁身水平位移曲線幾乎相同，其中對(duì)1.5×3 m截面的樁身位移出現(xiàn)一小段先增后減的情況。這幾種截面的樁頂最大水平位移值未超過邊坡開挖時(shí)抗滑樁的樁頂位移預(yù)警值，說明抗滑樁處于安全穩(wěn)定的狀態(tài)。

（2）不同樁間距的分析

本次對(duì)不同樁間距的模擬中，在保持其余參數(shù)不變的情況下，選取樁截面尺寸為2×3 m，樁錨深度為8 m，改變樁與樁之間的距離，分別設(shè)置3 m、5 m及8 m三種數(shù)值進(jìn)行模擬計(jì)算，根據(jù)不同抗滑樁間距所對(duì)應(yīng)的邊坡坡頂水平位移數(shù)值計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，具體的結(jié)果如表4所示。

根據(jù)表4數(shù)據(jù)繪制關(guān)于不同樁間距下的邊坡水平位移圖，如圖3所示。

從圖3中可以看出，三種樁間距下的邊坡水平位移變化趨勢(shì)大致相同。對(duì)比三種（3 m、5 m、8 m）樁間距布置情況，發(fā)現(xiàn)當(dāng)樁間距為8 m時(shí)在相同的邊坡處其樁頂?shù)乃轿灰浦蹈?，說明在該處邊坡的水平變形更大，邊坡較為不穩(wěn)，在進(jìn)行樁布置時(shí)不宜將樁間距布置得過大，太大的樁間距將有可能引起邊坡失穩(wěn)。

（3）不同樁錨固深度的分析

本次對(duì)不同樁錨固深度的模擬中，在保持其余參數(shù)不變的情況下，選取樁截面尺寸為2×3 m，樁間距為5 m，改變錨固的深度，分別設(shè)置6 m、8 m及10 m三種數(shù)值進(jìn)行模擬計(jì)算，根據(jù)不同抗滑樁錨固深度所對(duì)應(yīng)的邊坡坡頂水平位移數(shù)值計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，具體的結(jié)果如表5所示。

從圖3中可以看出，三種樁錨固深度下的邊坡水平位移變化趨勢(shì)大致相同。對(duì)比三種（6 m、8 m、10 m）樁間距布置情況，發(fā)現(xiàn)當(dāng)樁間距為6 m時(shí)在相同的邊坡處其樁頂?shù)乃轿灰浦蹈?，說明在該處邊坡的水平變形更大，邊坡較為不穩(wěn)，在進(jìn)行樁錨固深度確定時(shí)應(yīng)多考慮錨固的深度，而增加樁的錨固深度將有利于邊坡的穩(wěn)定。

3 結(jié)語(yǔ)

本文根據(jù)已有的研究成果，利用有限元模擬軟件對(duì)影響抗滑樁的因素進(jìn)行研究，通過改變抗滑樁的樁截面尺寸、樁間距及樁的錨固深度對(duì)邊坡的位移變化進(jìn)行研究分析。通過研究結(jié)果表明，抗滑樁的截面尺寸改變對(duì)邊坡穩(wěn)定的影響較小，[KG（0.258mm]不同截面的樁身水平位移值幾乎相同;樁與樁之間的間距對(duì)邊坡水平位移有一定的影響，隨著樁間距的增大，水平位移增大，對(duì)邊坡的穩(wěn)定不利，因此在實(shí)際工程中可通過控制樁間距來保證邊坡的穩(wěn)定;樁的錨固深度對(duì)邊坡水平位移有一定的影響，隨著樁錨固深度的增大，邊坡的水平位移逐漸減小，有利于邊坡的穩(wěn)定。文章僅對(duì)抗滑樁的部分影響因素進(jìn)行分析，有關(guān)研究還有待進(jìn)一步進(jìn)行。

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