基于ABAQUS模擬的滑坡支護樁力學特性研究

(揚州大學建筑科學與工程學院 江蘇 揚州 225127)

微型樁是指樁徑不超過400mm，長細比大于30，采用鉆孔、強配筋和壓力注漿施工工藝的灌注樁，其主要特點有：施工方便快捷，振動噪聲小，單樁耗用材料少；適合用于特殊地形的滑坡防治。目前許多學者對該種支護型式進行了大量的數(shù)值模擬和現(xiàn)場實驗，取得了一定的成果。本文采用ABAQUS有限元軟件建立三排灌注樁模型，分析微型樁的工作行性能以及對于不同土質(zhì)滑坡支護效果。

一、模型建立

(一)模型尺寸

建立二維模型，土體選取摩爾—庫倫模型，模擬的土體橫向?qū)挒?0m，高為16m。上部設(shè)置6米深的滑坡土層，巖床深度設(shè)置10m，滑坡土層與巖床之間存在約0.2m的滑帶，不考慮地下水對滑坡的影響。微型樁的樁長12m，樁徑為0.15m，橫向樁間距均為1m，由左向右分別為1#樁、2#樁和3#樁。微型樁采用彈性模型進行模擬，模型如圖所示。

圖1 微型樁加固滑坡模型示意圖(單位/mm)

(二)材料參數(shù)

本模擬研究2種不同的滑坡土體，各部分物理參數(shù)如下表。

表1模型中滑體、滑帶及滑床物理力學參數(shù)

(三)接觸設(shè)置

樁頂板和所有的樁作為一個部件，樁與頂板之間為剛性連接，與實際工程情況相符；土體作為另一個部件。樁與土之間以及頂板與土之間設(shè)置摩擦，樁土之間摩擦因數(shù)為0.40，樁與巖體之間摩擦因數(shù)為0.50，頂板與邊坡頂面土之間摩擦因數(shù)為0.30。

定義樁體與土體之間的接觸，在接觸屬性中命名pile-rock和pile-soil兩種接觸,進而設(shè)置法向接觸，接受默認選項。切向接觸選擇切向模型為罰函數(shù)，其余采用默認設(shè)置。

創(chuàng)建接觸對時，務(wù)必要將樁體設(shè)置為主控面，土體設(shè)置為從屬面。本數(shù)值模中共設(shè)置了23個接觸。

二、結(jié)果分析

綜合下圖可知，強風化礫巖滑體中樁身位移相對更大，三排樁的位移呈現(xiàn)相似的變化趨勢，樁頂位移為整個樁體位移最大的部分，砂性土中樁頂位移最大為3.5mm，強風化礫巖中樁頂位移最大17mm，嵌入底部巖床中的部分位移基本為0，符合實際情況。其中，2#樁與3#樁的樁身位移基本一致，而1#樁的樁身位移在同一高度上相對更大，是由于1#樁最先與左側(cè)土體接觸，承受大部分滑坡推力，使得滑坡土體與其他兩根樁形成一個隔斷，而2#樁與3#樁受到相對較小的滑坡推力，位移一致則是由于樁體與頂部的壓頂板的剛性連接導致。

圖2 砂性土中樁身水平位移圖

圖3 強風化礫巖中樁身水平位移圖

造成以上兩種結(jié)果的直接原因是在加載位移的過程中，土體會帶動樁體移動，而砂土地層的土體強度相對較低，整體性不強，傳遞位移的能力更弱，因此距離加載區(qū)域較遠的土體位移滑動更小，導致樁身水平位移相對較小。

強風礫巖強度更大，能更好的傳遞滑坡推力，因此土體的整體位移更明顯，樁身位移也因此更大。

比較兩種不同土層情況下的樁身位移，可以得出以下結(jié)論：

1.當土體左側(cè)加載100mm的位移時，在不同類型的土層中，三根支護樁的變形情況基本相似。

2.對土質(zhì)較松散，整體性較弱，強度較低的滑坡而言，相同的支護形式下，該種微型支護樁的支護效果并不顯著。而對于土體強度較高，較硬的滑坡而言，該形式的支護樁對其有一定的支擋抗滑作用。