樁-土-邊坡相互作用數值分析

■周鵬敏

（玉溪市水利建設大隊 云南玉溪653100）

樁-土-邊坡相互作用數值分析

■周鵬敏

（玉溪市水利建設大隊 云南玉溪653100）

隨著現代社會的不斷發展，人口數量得到了快速地增長，使得大量的土地資源被占用。然而隨著土地資源的減少使得人們不得不對現有的山體進行開挖，從而滿足人們對住房的需要。也正是因為這種不當的開挖導致大量的邊坡出現失穩現象，造成人們人身財產的損失。如何對有限的土地資源進行合理的利用又能減少滑坡帶來的危害成為巖土工程人員需要解決的頭等問題。本文就以樁-土-邊坡相互作用數值分析為研究課題，系統的進行闡述和研究。

樁-土-邊坡阻滑樁數值分析

樁-土-邊坡相互作用機制是邊坡阻滑樁設計的基本原理。在邊坡的防護和加固工程當中防滑樁有著重要的應用價值，并且由于防滑樁的廣泛應用，其目前已經成為當下解決樁-土-邊坡相互作用問題的主要施工措施之一。阻滑樁在荷載的受力之下，因為樁-土-邊坡之間發生的相互作用力，從而產生了土拱現象，這也是防滑樁應用的主要理論依據。由此可見，阻滑樁對于樁-土-邊坡相互作用的數值分析具有非常重要的應用價值。

1　樁-土-邊坡穩定性的強度折減貪塑性有限數值分析方法

1.1強度折減技術

對簡單剖面的均質土坡來講，能夠準確的把握潛在破壞面的位置及其形狀，因此可采用極限平衡法能比較快速的確定邊坡的臨界破壞面以及與之相對應的安全系數。然而，在具體的施工中無論是天然的邊坡還是人工邊坡其斷面都比較的復雜，因此難以確定臨界的滑動面的具體形狀及其位置，這也就制約了傳統極限平衡法的應用。強度折減彈塑性有限元方法，能夠對這些問題進行有效的處理，并且還能考慮樁-土-邊坡相互作用力的影響，并且對變形破的相關因素進行有效的分析，此外，強度折減彈塑性有限元方法還不需要假定滑移面的形狀，從而大大的方便了安全系數的計算[1]。

1.2樁-土-邊坡相互作用的計算方法

1.2.1有限元分析軟件ABAQUS計算分析軟件

對樁-土-邊坡相互作用的計算方式多數都是采用有限元分析軟件ABAQUS進行分析管理。現今世界上，有限元分析軟件ABAQUS已成為最先進的非線性有限元力學分析軟件，它可以分析樁-土-邊坡相互間復雜的固體力學的安全系數[2]。

1.2.2有限元基本方程

在對樁-土-邊坡的相互作用力的分析中不考慮空隙水壓力的影響，其基本的計算方程如右：

平衡方程：

2　阻滑樁加固土坡穩定性的數值分析

2.1阻滑樁加固前邊坡的穩定性分析

如下圖所示，該邊坡的高度為8米，坡度比為1:2，分別由上下兩層組成，其中上層圖的內摩擦角Ф=10度，粘聚力c=10KPa，容重r=19.6kN.m-3,變形模量為E=50MPa，泊松比v=0.35。其下層為基層巖室，且地下水位埋藏較深。邊坡的左側及其邊坡的坡腳都是采用水平的約束條件，底部則采用固定的邊界條件。

利用有限原數值計算不收斂作為最后的判斷依據其所獲得的邊坡穩定安全系數為1.003，這與極限平衡法的解答基本一致。

2.2阻滑樁加固后邊坡的穩定性分析

采用阻滑樁加固后的邊坡的有限計算如下圖所示。阻滑樁以單排的混凝土灌注樁為例，其樁徑為d=0.5m兩樁之間的距離為2.0D，其樁身嵌入基巖層以下為4.0m。整個阻滑樁體一共有12個單元，整體土體是1128個單元，其加固后的邊界約束和加固前的邊界約束力相同。依次對其進行數值分析。

邊坡特征點無量綱位移與強度折減系數的變化關系圖

3　樁-土-邊坡相互作用數值分析的展望和建議

3.1樁-土-邊坡相互作用數值分析的展望

阻滑樁在邊坡的加固和防坍塌工程的加固得到了廣泛的使用。其中的強度折減技術和有限元分析方法能夠幫助施工工人針對邊坡的毀壞位置和形狀進行具體的判斷和了解。然而因為樁-土-邊坡相互作用之間較為復雜的關系使得樁-土-邊坡相互作用之間的規律還沒有徹底的解決，也正因如此，給后來的工程勘測人員和樁-土-邊坡的調查人員提供了較為廣泛的發展空間，雖然本文已經對樁-土-邊坡之間的穩定性進行了系統的研究，但還有很多的不足之處需要修改，因此需要相關的研究人員對樁-土-邊坡相互作用在此基礎上在進行了解和分析[3]。

3.2樁-土-邊坡相互作用數值分析的發展建議

現在樁-土-邊坡相互作用方法主要是利用強度折減彈塑性有效元數值進行分析，雖然這種數值分析方式已經是現今為止最先進的數值分析方法之一，但是對于樁-土-邊坡相互作用間的規律還有一些不完善的地方，所以還需要進行不斷的完善。并且將有效元分析法與經典案例相結合，然后對樁-土-邊坡的穩定性數值分析進行驗證，并找出其中的不足，在此基礎再系統的觀察樁-土-邊坡相互作用之間的影響因素及其規律發展，進而完善樁-土-邊坡相互作用的數值分析。

4　結語

綜上所述，隨著人口數量的增長，使得土地資源明顯出現了嚴重缺乏的現象，也正是因為這種缺乏使得很多的天然邊坡和人工邊坡遭到了人為的破壞，并出現了嚴重的失穩現象。樁-土-邊坡相互作用機制是邊坡阻滑樁設計的基本原理并在邊坡的防護和加固工程當中防滑樁有著重要的應用價值，并且伴隨著防滑樁的廣泛應用，目前已經成為當下解決樁-土-邊坡相互作用問題的主要施工措施。但是樁-土-邊坡相互作用的數值分析方法上還存在著嚴重的不足現象，需要進一步的改善，才能促進邊坡的防護加固具有更高的穩定性和較強的載荷力。

[1]年廷凱,徐海洋,劉紅帥等.抗滑樁加固邊坡三維數值分析中的幾個問題 [J].巖土力學,2012,(8):2521-2526,2535.

[2]唐曉松,劉明維,葉海林等.基于ABAQUS的抗滑樁三維有限元分析 [J].地下空間與工程學報,2010,(z2):1614-1618.

[3]樓金其.抗滑樁加固巖質邊坡穩定性的數值模擬分析 [J].鐵道建筑,2012,(5):120-122.

U213.1+3[文獻碼]B

1000-405X（2016）-2-390-1