基于ABAQUS的邊坡雙排樁支護結構研究

宣杰 蔣建平

摘 要：本文應用ABAQUS有限元軟件，分析深邊坡雙排樁支護結構，在地震作用下的。結果表明，邊坡在靜力工況下支護效果比較好，未產生滑移現象，而在地震作用下，樁后土體會有滑移現象，樁間土及樁前土水平位移相對較小。結合模型的分析結果及雙排抗滑樁支護的理論作用機理，邊坡的雙排樁支護結構支護下具有較好的抗震效果，可為實際工程提供參考。

關鍵詞：雙排樁；ABAQUS；抗震工程；有限元

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.07.252

0 引言

邊坡，規范[1]定義為在建（構）筑物場地或其周邊，由于建（構）筑物和市政工程開挖或填筑施工所形成的人工邊坡和對建（構）筑物安全或穩定有影響的自然邊坡，具有傾斜滑動面面的巖土結構，其在降雨、地震、人工開挖、爆破、上部重載等的荷載影響下，邊坡內部的巖土體有從高處向低處滑動的趨勢，以至某一個滑動面上的滑動力超過其抗滑力就會發生邊坡內部巖土體沿著某一個滑帶向下滑動，即滑坡現象。

我國屬于滑坡災害極為頻繁的國家，其中大型和巨型滑坡占有突出重要的地位，尤其是在中國的西部地區，大型滑坡更以其規模大、機制復雜、危害大的特點嚴重威脅著當地民生的安全。根據“中國環境公報”[2]2013年的統計，全國共發生各類地質災害15403起，其中滑坡9849起、崩塌3313起、泥石流1541起、地面塌陷371起、地裂縫301起、地面沉降28起。造成481人死亡、188人失蹤、264人受傷，造成直接經濟損失101.5億元。與上年相比，地質災害發生數量、造成死亡失蹤人數和直接經濟損失分別增加7.5%、78.4%和92.2%。

隨著我國國民經濟的快速發展同時西部大開發戰略的進一步實施， 無論在交通、水力、礦山等工程建設方面都涉及到大量的邊坡問題，在建設、運行期間，邊坡穩定性問題一直是主要的工程地質問題之一，因此合理的處治邊坡，保證邊坡的穩定性，是巖土工程界必須考慮的問題，并且由于西部是地震常發地區，因此對于邊坡在地震動力下的響應作用及邊坡抗震設計優化方案則是目前我國乃至國內外地質研究的重點問題之一。

1 數值建模

1.1 工程概況

本文參考[3]某實測邊坡，邊坡高度約為20m，地區要求抗震等級Ⅶ級。土體參數經合并劃分為軟弱土和基巖土，軟弱土參數：深度15m，密度1800 kg/m3 ，彈性模量E =3MPa；基巖土參數：深度25m，密度2300 kg/m3 ，彈性模量E =10MPa，本文地震波選用經典的汶川地震波型曲線，通過Ⅶ級的地震波曲線校正為0.1g的加速度峰值曲線。

1.2 模型建立

模型基本建立過程：根據實際工況情況，建立基本模型尺寸—合并上下層的材料屬性，輸入基本材料參數—創建地應力平衡分析步及地震分析步—荷載施加分別在地應力步及地震分析步，施加對應的重力及地震荷載—本文采用平面應變的分析原理，網格單元使用CPE4單元網格進行劃分。

2 結果及展望

（1）在地震作用下，雙排樁支護結構作為擋土支護結構能有效地支擋樁前土體的滑移，在支護前邊坡結構出現了明顯的塑形應變區，邊坡的滑移趨勢明顯，最大位移達到了2m，土體已經明顯破壞；而在支護后，支護結構物支擋了樁前土的滑移趨勢，并且有效地控制了滑移土的位移量，土體的支護后最大位移為0.2m，支護結構物尚未達到破壞。

（2）計算結果了驗證了雙排樁樁間土的受力機理[4]，雙排樁支護結構簡化為門式鋼架結構，嵌固于邊坡土體之中，從結構的角度為超靜定結構，在樁與樁間土共同工作的適用條件 下，樁間土分擔上部荷載的效果明顯，而在兩側樁的側摩阻力作用下，樁間土體會發生隆起及破壞現象，而雙排樁的樁間連梁可有效地樁間土的隆起及塑性破壞。

（3）從科學、合理、經濟的角度，雙排樁的支護結構可保證臨近建筑物的安全。結合實踐工程，雙排樁支護結構物具有施工簡單、工期短的優勢。

（4）本文就雙排樁的支護效果進行了數值模擬研究，可為地震頻發地區的邊坡支護提供參考。

參考文獻：

[1]《建筑邊坡工程技術規范》（GB50330-2013） [S].GB50330-2013

[2] 國家環保局. 2013年中國環境公報[M].中華 人民共和國環境保護部， 2013.

[3] 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.

[4] 楊德健，王鐵成，尹建峰.雙排樁支護結構受力特征與土壓力計算分析[J].建筑科學，2007年第23卷第9期.

作者簡介：宣杰（1992-），男，碩士研究生，研究方向：邊坡動力響應。