抗滑樁合理樁間距的探討

張家得++蔣建平

摘 要：抗滑樁工程中滑坡推力的分布形式和推力的大小對于抗滑樁的布設具有重要意義，而在一些實際工程中，滑坡推力分布形式和大小是無法得到的。本文利用利用強度折減法得到一土坡發生滑坡時在設樁處產生的滑坡推力分布形式和推力大小。并根據得到的數據基于抗滑樁之間的土拱效應得到合理的樁間距。

關鍵詞：抗滑樁 強度折減法 滑坡推力 土拱效應

中圖分類號：TU473.1 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）01（a）-0028-01

滑坡是一種多發且能造成極大危害的斜坡地質災害，往往伴隨著交通中斷、河道堵塞、廠礦被摧毀和村鎮被掩理，給人們造成巨大損失。因此，有關滑坡的防治研究一直為世人所關注。經過多年的工程實踐和理論研究，國內外在滑坡防治的各個方面都取得了很大成就，其中支擋抗滑結構的發展應用尤為迅速。抗滑樁作為一種支擋抗滑結構物而廣泛應用于滑坡及邊坡的穩定性治理中。抗滑樁這種新型支擋結構，由于具有施工方便、速度快、工程量少和投資少等優點，因而發展較快。國內抗滑樁較多地應用于鐵路、公路建設中滑坡治理，并取得了良好的效果。

抗滑樁與滑坡體相互作用機理研究有以下兩個方面。

在理論研究方面，Tomioito等（1975）根據塑性變形理論從單排樁角度提出了移動土體產生的極限側壓力計算公式。沈珠江（1961，1992）提出，完整的抗滑樁極限設計方法應當包括各種可能的破壞驗算，即應當包括土坡整體滑動驗算，土體繞樁滑動驗算和毀樁滑動驗算。謝和平（2005）提出了考慮接觸面效應的兩體力學模型，并指出二者是一個工程體與地質體的組合體。

目前，對于抗滑樁與滑坡體的相互作用的主要集中在抗滑樁滑體以上部分與滑體的相互作用。在這個方面主要有兩種不同的觀點，其一主要是基于樁間土體的外力平衡條件，主要代表有潘家錚（1980）提出的抗滑樁樁間距的上限解公式，王士川等（1997）提出的抗滑樁樁間距的下限解公式和王成華（2001）的最大樁間距估算模型；其二主要是考慮了樁后土拱的力學效應，兼顧了土拱的強度條件，主要代表有常保平（1998），周德培等（2004）提出的基于樁后土拱效應的樁間距計算模型。關于土拱效應的起源，要追溯至1884年，英國科學家羅伯特（Roberts）首次發現了“糧倉效應”：糧倉底面所承受的壓力在糧食堆積到一定高度后達到最大值并保持不變，學者據此提出了拱效應的概念。太沙基（Terzaghi，1943）通過著名的活動門試驗證實了在土力學領域內也存在同樣的拱效應，并將這種荷載從屈服土體轉移到臨近剛性邊界的應力轉移現象稱為土拱效應。

1 土坡發生滑坡時滑坡推力的研究

抗滑樁樁間距是抗滑樁設計中的重要內容。樁間距設置的合理可以在抗滑樁之間形成土拱效應，抗滑樁和土拱一起抵抗滑坡推力，邊坡的穩定。而滑坡推力的分布形式和大小直接影響著抗滑樁間距的求解。對于滑坡推力的分布形式許多學者做了研究。潘家錚認為推力與巖土體變形情況和地基反力系數規律有關；林魯生等認為散體構成的滑坡推力分布呈三角形分布，巖石滑坡呈矩形分布；國內鐵道部第二勘測設計院徐良德認為無論當滑體為黏性土還是松散介質，下滑力基本上為三角形，合力的重心在滑動面上0.26～0.30h（h為滑動面以上樁長）。但這些研究都有一定的局限性，得出的結論都只適用于自己假設的土體類型。因此，本文根據強度折減法，運用大型有限元分析軟件ABAQUS得到土坡發生滑坡失穩時作用于抗滑樁后的滑坡推力分布形式和大小。

這里選用文獻[1]中Dawson等分析的一個均質土坡作為算例，土坡高為10m，坡角為45°，土坡為均質土坡，土體容重為γ=12.38 kPa，摩擦角=20°。在斜坡中部設置抗滑樁，樁寬為1 m，高為1 m，樁長6.5 m。運用ABAQUS軟件建模分析，利用強度折減法得到發生滑坡破壞時的土坡形狀和設樁處的滑坡推力。

從計算結果可以看出，滑坡形狀為圓弧形；提取抗滑樁從上到下的水平推力數據，根據提取的數據繪圖，發現水平推力從坡頂至滑坡面近似為三角形分布，根據滑坡推力分布可以算得樁后單寬滑坡推力P=230.4 KN/m。

根據夏永成[2]的研究，拱腳并沒有發生在樁的正截面，而是在兩樁之間的樁側面，樁后正截面處土的水平推力小于樁間土拱區域。因此，計算抗滑樁間距選用根據樁間土拱效應得到的公式進行計算，因此，采用文獻[3]的基于樁間土拱效應的樁間距計算公式，其中L為樁間距；b為樁寬；a為樁高；c為粘聚力；H1為滑面處至坡頂的距離；p為單寬抗滑推力；為摩擦角。經計算得出L為2.2 m。為保證和施工方便取抗滑樁樁間距為2 m。

這與實際工程中該邊坡所采用的樁間距也是2 m，這說明可以采用上述計算抗滑樁間距的公式來確定樁間距。

2 結語

本文的創新點和結論有以下兩方面。

（1）本文運用大型有限元分析軟件ABAQUS，運用強度折減法分析邊坡失穩時作用于抗滑樁后的土壓力的分布形式和大小，這同以前根據經驗確定在準確性上有了改進。

（2）綜合分析前人對抗滑樁樁間距的研究，本文選用文獻[3]計算樁間距的公式，這一結果與工程實際選用的樁間距相一致，證明了此公式的合理性。

參考文獻

[1] 費康，張建偉.ABAQUS在巖土工程中的應用[M].北京：中國水利水電出版社，2010.

[2] 夏永成.考慮樁-土相互作用的抗滑樁加固邊坡設計方法研究[D].大連：大連理工大學，2006.

[3] 李長冬，唐輝明，等.基于土拱效應的改進抗滑樁最大樁間距計算模型[J].地質科技情報，2010，29（5）：121-124.

[4] 蔣建平，沈玨.巖土工程中的變剛度協調變形和內力問題探討[J].科技資訊，2012，11：67.

[5] 熊良宵，李天斌.土拱效應在抗滑樁中的應用[J].防災減災工程學報，2005，25（3）：275-277.endprint

摘 要：抗滑樁工程中滑坡推力的分布形式和推力的大小對于抗滑樁的布設具有重要意義，而在一些實際工程中，滑坡推力分布形式和大小是無法得到的。本文利用利用強度折減法得到一土坡發生滑坡時在設樁處產生的滑坡推力分布形式和推力大小。并根據得到的數據基于抗滑樁之間的土拱效應得到合理的樁間距。

關鍵詞：抗滑樁 強度折減法 滑坡推力 土拱效應

中圖分類號：TU473.1 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）01（a）-0028-01

滑坡是一種多發且能造成極大危害的斜坡地質災害，往往伴隨著交通中斷、河道堵塞、廠礦被摧毀和村鎮被掩理，給人們造成巨大損失。因此，有關滑坡的防治研究一直為世人所關注。經過多年的工程實踐和理論研究，國內外在滑坡防治的各個方面都取得了很大成就，其中支擋抗滑結構的發展應用尤為迅速。抗滑樁作為一種支擋抗滑結構物而廣泛應用于滑坡及邊坡的穩定性治理中。抗滑樁這種新型支擋結構，由于具有施工方便、速度快、工程量少和投資少等優點，因而發展較快。國內抗滑樁較多地應用于鐵路、公路建設中滑坡治理，并取得了良好的效果。

抗滑樁與滑坡體相互作用機理研究有以下兩個方面。

在理論研究方面，Tomioito等（1975）根據塑性變形理論從單排樁角度提出了移動土體產生的極限側壓力計算公式。沈珠江（1961，1992）提出，完整的抗滑樁極限設計方法應當包括各種可能的破壞驗算，即應當包括土坡整體滑動驗算，土體繞樁滑動驗算和毀樁滑動驗算。謝和平（2005）提出了考慮接觸面效應的兩體力學模型，并指出二者是一個工程體與地質體的組合體。

目前，對于抗滑樁與滑坡體的相互作用的主要集中在抗滑樁滑體以上部分與滑體的相互作用。在這個方面主要有兩種不同的觀點，其一主要是基于樁間土體的外力平衡條件，主要代表有潘家錚（1980）提出的抗滑樁樁間距的上限解公式，王士川等（1997）提出的抗滑樁樁間距的下限解公式和王成華（2001）的最大樁間距估算模型；其二主要是考慮了樁后土拱的力學效應，兼顧了土拱的強度條件，主要代表有常保平（1998），周德培等（2004）提出的基于樁后土拱效應的樁間距計算模型。關于土拱效應的起源，要追溯至1884年，英國科學家羅伯特（Roberts）首次發現了“糧倉效應”：糧倉底面所承受的壓力在糧食堆積到一定高度后達到最大值并保持不變，學者據此提出了拱效應的概念。太沙基（Terzaghi，1943）通過著名的活動門試驗證實了在土力學領域內也存在同樣的拱效應，并將這種荷載從屈服土體轉移到臨近剛性邊界的應力轉移現象稱為土拱效應。

1 土坡發生滑坡時滑坡推力的研究

抗滑樁樁間距是抗滑樁設計中的重要內容。樁間距設置的合理可以在抗滑樁之間形成土拱效應，抗滑樁和土拱一起抵抗滑坡推力，邊坡的穩定。而滑坡推力的分布形式和大小直接影響著抗滑樁間距的求解。對于滑坡推力的分布形式許多學者做了研究。潘家錚認為推力與巖土體變形情況和地基反力系數規律有關；林魯生等認為散體構成的滑坡推力分布呈三角形分布，巖石滑坡呈矩形分布；國內鐵道部第二勘測設計院徐良德認為無論當滑體為黏性土還是松散介質，下滑力基本上為三角形，合力的重心在滑動面上0.26～0.30h（h為滑動面以上樁長）。但這些研究都有一定的局限性，得出的結論都只適用于自己假設的土體類型。因此，本文根據強度折減法，運用大型有限元分析軟件ABAQUS得到土坡發生滑坡失穩時作用于抗滑樁后的滑坡推力分布形式和大小。

這里選用文獻[1]中Dawson等分析的一個均質土坡作為算例，土坡高為10m，坡角為45°，土坡為均質土坡，土體容重為γ=12.38 kPa，摩擦角=20°。在斜坡中部設置抗滑樁，樁寬為1 m，高為1 m，樁長6.5 m。運用ABAQUS軟件建模分析，利用強度折減法得到發生滑坡破壞時的土坡形狀和設樁處的滑坡推力。

從計算結果可以看出，滑坡形狀為圓弧形；提取抗滑樁從上到下的水平推力數據，根據提取的數據繪圖，發現水平推力從坡頂至滑坡面近似為三角形分布，根據滑坡推力分布可以算得樁后單寬滑坡推力P=230.4 KN/m。

根據夏永成[2]的研究，拱腳并沒有發生在樁的正截面，而是在兩樁之間的樁側面，樁后正截面處土的水平推力小于樁間土拱區域。因此，計算抗滑樁間距選用根據樁間土拱效應得到的公式進行計算，因此，采用文獻[3]的基于樁間土拱效應的樁間距計算公式，其中L為樁間距；b為樁寬；a為樁高；c為粘聚力；H1為滑面處至坡頂的距離；p為單寬抗滑推力；為摩擦角。經計算得出L為2.2 m。為保證和施工方便取抗滑樁樁間距為2 m。

這與實際工程中該邊坡所采用的樁間距也是2 m，這說明可以采用上述計算抗滑樁間距的公式來確定樁間距。

2 結語

本文的創新點和結論有以下兩方面。

（1）本文運用大型有限元分析軟件ABAQUS，運用強度折減法分析邊坡失穩時作用于抗滑樁后的土壓力的分布形式和大小，這同以前根據經驗確定在準確性上有了改進。

（2）綜合分析前人對抗滑樁樁間距的研究，本文選用文獻[3]計算樁間距的公式，這一結果與工程實際選用的樁間距相一致，證明了此公式的合理性。

參考文獻

[1] 費康，張建偉.ABAQUS在巖土工程中的應用[M].北京：中國水利水電出版社，2010.

[2] 夏永成.考慮樁-土相互作用的抗滑樁加固邊坡設計方法研究[D].大連：大連理工大學，2006.

[3] 李長冬，唐輝明，等.基于土拱效應的改進抗滑樁最大樁間距計算模型[J].地質科技情報，2010，29（5）：121-124.

[4] 蔣建平，沈玨.巖土工程中的變剛度協調變形和內力問題探討[J].科技資訊，2012，11：67.

[5] 熊良宵，李天斌.土拱效應在抗滑樁中的應用[J].防災減災工程學報，2005，25（3）：275-277.endprint

摘 要：抗滑樁工程中滑坡推力的分布形式和推力的大小對于抗滑樁的布設具有重要意義，而在一些實際工程中，滑坡推力分布形式和大小是無法得到的。本文利用利用強度折減法得到一土坡發生滑坡時在設樁處產生的滑坡推力分布形式和推力大小。并根據得到的數據基于抗滑樁之間的土拱效應得到合理的樁間距。

關鍵詞：抗滑樁 強度折減法 滑坡推力 土拱效應

中圖分類號：TU473.1 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）01（a）-0028-01

滑坡是一種多發且能造成極大危害的斜坡地質災害，往往伴隨著交通中斷、河道堵塞、廠礦被摧毀和村鎮被掩理，給人們造成巨大損失。因此，有關滑坡的防治研究一直為世人所關注。經過多年的工程實踐和理論研究，國內外在滑坡防治的各個方面都取得了很大成就，其中支擋抗滑結構的發展應用尤為迅速。抗滑樁作為一種支擋抗滑結構物而廣泛應用于滑坡及邊坡的穩定性治理中。抗滑樁這種新型支擋結構，由于具有施工方便、速度快、工程量少和投資少等優點，因而發展較快。國內抗滑樁較多地應用于鐵路、公路建設中滑坡治理，并取得了良好的效果。

抗滑樁與滑坡體相互作用機理研究有以下兩個方面。

在理論研究方面，Tomioito等（1975）根據塑性變形理論從單排樁角度提出了移動土體產生的極限側壓力計算公式。沈珠江（1961，1992）提出，完整的抗滑樁極限設計方法應當包括各種可能的破壞驗算，即應當包括土坡整體滑動驗算，土體繞樁滑動驗算和毀樁滑動驗算。謝和平（2005）提出了考慮接觸面效應的兩體力學模型，并指出二者是一個工程體與地質體的組合體。

目前，對于抗滑樁與滑坡體的相互作用的主要集中在抗滑樁滑體以上部分與滑體的相互作用。在這個方面主要有兩種不同的觀點，其一主要是基于樁間土體的外力平衡條件，主要代表有潘家錚（1980）提出的抗滑樁樁間距的上限解公式，王士川等（1997）提出的抗滑樁樁間距的下限解公式和王成華（2001）的最大樁間距估算模型；其二主要是考慮了樁后土拱的力學效應，兼顧了土拱的強度條件，主要代表有常保平（1998），周德培等（2004）提出的基于樁后土拱效應的樁間距計算模型。關于土拱效應的起源，要追溯至1884年，英國科學家羅伯特（Roberts）首次發現了“糧倉效應”：糧倉底面所承受的壓力在糧食堆積到一定高度后達到最大值并保持不變，學者據此提出了拱效應的概念。太沙基（Terzaghi，1943）通過著名的活動門試驗證實了在土力學領域內也存在同樣的拱效應，并將這種荷載從屈服土體轉移到臨近剛性邊界的應力轉移現象稱為土拱效應。

1 土坡發生滑坡時滑坡推力的研究

抗滑樁樁間距是抗滑樁設計中的重要內容。樁間距設置的合理可以在抗滑樁之間形成土拱效應，抗滑樁和土拱一起抵抗滑坡推力，邊坡的穩定。而滑坡推力的分布形式和大小直接影響著抗滑樁間距的求解。對于滑坡推力的分布形式許多學者做了研究。潘家錚認為推力與巖土體變形情況和地基反力系數規律有關；林魯生等認為散體構成的滑坡推力分布呈三角形分布，巖石滑坡呈矩形分布；國內鐵道部第二勘測設計院徐良德認為無論當滑體為黏性土還是松散介質，下滑力基本上為三角形，合力的重心在滑動面上0.26～0.30h（h為滑動面以上樁長）。但這些研究都有一定的局限性，得出的結論都只適用于自己假設的土體類型。因此，本文根據強度折減法，運用大型有限元分析軟件ABAQUS得到土坡發生滑坡失穩時作用于抗滑樁后的滑坡推力分布形式和大小。

這里選用文獻[1]中Dawson等分析的一個均質土坡作為算例，土坡高為10m，坡角為45°，土坡為均質土坡，土體容重為γ=12.38 kPa，摩擦角=20°。在斜坡中部設置抗滑樁，樁寬為1 m，高為1 m，樁長6.5 m。運用ABAQUS軟件建模分析，利用強度折減法得到發生滑坡破壞時的土坡形狀和設樁處的滑坡推力。

從計算結果可以看出，滑坡形狀為圓弧形；提取抗滑樁從上到下的水平推力數據，根據提取的數據繪圖，發現水平推力從坡頂至滑坡面近似為三角形分布，根據滑坡推力分布可以算得樁后單寬滑坡推力P=230.4 KN/m。

根據夏永成[2]的研究，拱腳并沒有發生在樁的正截面，而是在兩樁之間的樁側面，樁后正截面處土的水平推力小于樁間土拱區域。因此，計算抗滑樁間距選用根據樁間土拱效應得到的公式進行計算，因此，采用文獻[3]的基于樁間土拱效應的樁間距計算公式，其中L為樁間距；b為樁寬；a為樁高；c為粘聚力；H1為滑面處至坡頂的距離；p為單寬抗滑推力；為摩擦角。經計算得出L為2.2 m。為保證和施工方便取抗滑樁樁間距為2 m。

這與實際工程中該邊坡所采用的樁間距也是2 m，這說明可以采用上述計算抗滑樁間距的公式來確定樁間距。

2 結語

本文的創新點和結論有以下兩方面。

（1）本文運用大型有限元分析軟件ABAQUS，運用強度折減法分析邊坡失穩時作用于抗滑樁后的土壓力的分布形式和大小，這同以前根據經驗確定在準確性上有了改進。

（2）綜合分析前人對抗滑樁樁間距的研究，本文選用文獻[3]計算樁間距的公式，這一結果與工程實際選用的樁間距相一致，證明了此公式的合理性。

參考文獻

[1] 費康，張建偉.ABAQUS在巖土工程中的應用[M].北京：中國水利水電出版社，2010.

[2] 夏永成.考慮樁-土相互作用的抗滑樁加固邊坡設計方法研究[D].大連：大連理工大學，2006.

[3] 李長冬，唐輝明，等.基于土拱效應的改進抗滑樁最大樁間距計算模型[J].地質科技情報，2010，29（5）：121-124.

[4] 蔣建平，沈玨.巖土工程中的變剛度協調變形和內力問題探討[J].科技資訊，2012，11：67.

[5] 熊良宵，李天斌.土拱效應在抗滑樁中的應用[J].防災減災工程學報，2005，25（3）：275-277.endprint