抗滑樁土拱效應的abaqus三維動力模型研究

陸曉蝶　蔣建平

摘 要：抗滑樁樁間土體的土拱效應使滑坡停止向前滑動，該文分析了土拱效應研究的現狀以及其在三維動力方面研究的必要性，并基于Abaqus軟件，建立了在0.3 g加速度峰值下三維高切坡模型，對比研究了土體軟化之前和土體軟化之后，只存在重力的情況和施加地震荷載時土體的應力和位移。

關鍵詞：土拱效應 三維模型 動力 abaqus

中圖分類號：TU473.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）04（c）-0007-01

1 研究的目的及現狀

隨著我國經濟的飛速發展，人類的活動改變了原有的地質環境，卻也誘發了大量的地質災害，其中尤以滑坡最為嚴重，而在滑坡的整治中抗滑樁以其施工簡便，效果突出得到了廣泛的應用。由于土拱的形成與否，對于抗滑樁是否發揮作用具有重要作用[1]，所以，研究樁間土拱效應是非常必要的。

樁間土拱效應既是由于受到滑坡推力，樁間土體和樁后土體產生不均勻的位移形成土拱，通過土拱將滑坡推力傳遞到兩側的抗滑樁，從而使滑坡停止向前滑動。從以往的研究我們可以知道抗滑樁間土拱效果與抗滑樁間距，內摩擦角以及粘聚力有關。隨土體粘聚力和內摩擦角的增加，土拱效應會更加明顯。而針對于我們的工程而言，樁間距若設置太大，則會造成樁間土體無法形成土拱，而若是樁間距過大，則會造成工程費用上的浪費，所以針對于這個問題，已有了除了經驗公式以外的一些計算模型。

王成華[2]通過模型假設，根據抗滑樁兩側摩阻力之和不小于樁間滑坡推力這一主導思想建立了靜力平衡方程，得到了樁間距的計算模型，但是他的不足之處在于沒有充分的考慮土拱的作用，也就是土體的強度。王乾坤[3]根據土體的強度條件，土的力學平衡即樁間土拱傳遞到樁前巖土體的應力應小于樁前滑體抗滑力和樁間土體的繞流阻力得出了樁間距計算公式，不足之處在于忽略了抗滑樁測摩阻力和滑坡推力之間的靜力方程。周德培[4]從拋物線形土拱效應分析出發，綜合考慮樁間靜力平衡條件以及土的強度條件即土拱跨中和拱腳處截面為最不利處得出了土拱跨度的表達式。

總體來說，現今對于土拱效應的數值模擬一直停留在二維的平面上，而沒有對土拱的三維分布進行探討，雖然Chen chien-Yuan[5]認為采用平面應變模型已經能夠較好的模擬滑坡橫斷面上樁土相互作用的三維特征。但在滑坡的縱向上的研究還是有必要采取三維模型的研究的。同時對于土拱效應的研究也只是在靜力方面，在動力方面涉及不多，使用有限元軟件ABAQUS進行的動力分析更加的少。該文便是針對于此進行了基于ABAQUS的土拱三維動力研究。

2 基于ABAQUS的三維土拱研究

該文采用的工況是一高度為35 m的高切坡進行三維有限元建模。下部滑床為碳質千枚巖，上部滑體為卵石土，抗滑樁采用矩形截面。模型采用無限元進行網格劃分，采用KOBE地震波，通過在地基底部施加地震加速度實現地震的荷載。

輸入的強度為地面加速度峰值0.3 g時。研究的方式即為：分別對比土體軟化之前和土體軟化之后，只存在重力的情況和施加地震荷載時不同深度土體的應力和位移的不同。并得出以下結果：

（1）在重力作用下土體位移較小，隨著土體深度增加土體下滑推力增大，土拱軸線隨深度增加逐漸前移，土拱效應受土體應力影響較大；施加地震荷載之后土體產生較大位移，隨著土體深度增加位移減小，土拱效應的分布與土中應力的大小與土體位移的程度有關。

（2）邊坡土體未軟化時土體強度較高，土體楔緊效果較好，土拱結構的穩定性好，可以抵抗較高的下滑推力；土體軟化之后強度降低，土體無法很好的楔土拱緊，土拱強度降低，當土遇到地震等因素土體產生較大下滑推力時會比較容易破壞，使抗滑樁失效。

（3）構造了基于ABAQUS有限元軟件分析的初步的樁間土拱三維動力研究設計，為今后的進一步研究和實際的工程提供參考。

參考文獻

[1] 王樹洲.抗滑樁支護滑坡中土拱效應機理及臨界樁間距研究[D].南京：南京大學，2012.

[2] 王成華.抗滑樁間土拱力學特性與最大樁間距分析[J].山地學報，2001，19（6）：556-559.

[3] 王乾坤.抗滑樁的樁間土拱和臨界間距的探討[J].武漢理工大學學報，2005，27（8）：64-67.

[4] 周培德.邊坡工程中抗滑樁合理樁間距的探討[J].巖土工程學報，2004，26（1）：132-135.

[5] CHEN Chienyuan.Numerical analysis of slope stabilization concepts using piles[D]the university of southern California，2001.endprint