抗滑樁加固邊坡穩(wěn)定性及參數優(yōu)化分析

中圖分類號：U416. 1⁺4 文獻標識碼：A DOl：10.13282/j.cnki.wccst.2025.04.019

文章編號：1673-4874（2025）04-0066-04

0 引言

邊坡穩(wěn)定性是巖土工程領域的核心問題之一，歷來受到廣泛關注[1-2]。抗滑樁作為一種有效的邊坡加固措施，因其施工簡便、效果顯著等優(yōu)點，在邊坡治理中得到了廣泛應用[3-4]。然而，抗滑樁加固邊坡的穩(wěn)定性及參數優(yōu)化是一個復雜而系統的工程問題。樁長、樁間距、樁的位置等參數的選擇，直接關系到加固效果及工程成本[5-6]。因此，深入研究抗滑樁加固邊坡的穩(wěn)定性及其參數優(yōu)化，對于提高邊坡治理的效率和效果具有重要意義[7-8]。本文旨在探討抗滑樁加固邊坡的穩(wěn)定性及參數優(yōu)化問題，通過數值模擬的分析方法，對抗滑樁加固邊坡的穩(wěn)定性及參數優(yōu)化進行深入研究，以期為工程實踐提供理論支持和技術指導。

1工程概況

某邊坡地理位置特殊，坐落于我國的西南山區(qū)，該地區(qū)降雨充沛、氣候濕潤，給邊坡的穩(wěn)定性帶來了一定影響；且山坡腳下分布一條南北走向的省道和分散民房，這樣的環(huán)境特點使得邊坡的安全問題尤為重要，一旦邊坡出現不穩(wěn)定情況，將直接威脅到省道交通的順暢以及山下居民的生命財產安全。根據勘探結果，邊坡巖土體從上至下依次為填土、粉質黏土、夾塊粉質黏土和中風化泥巖，結構較為松散、透水性較差，也對邊坡的穩(wěn)定性構成了挑戰(zhàn)。本文主要采用數值模擬方法分析抗滑樁對邊坡的加固效果。如圖1所示為邊坡典型斷面示意圖。

模型圖。模型整體寬度為400m、長度為180m、高度為62m ，采用摩爾-庫侖本構模型模擬分析。邊坡土體主要分為4層，從上至下依次為填土、粉質黏土、夾塊粉質黏土和中風化泥巖，平均厚度分別為24m、17m、14m和7m。模型建立過程中除上邊界為自由邊界外，其余邊界均進行位移約束。

圖2邊坡數值模型圖

2.2 參數賦值

表1給出了邊坡巖土體的物理力學參數。

表1邊坡巖土體的物理力學參數表

圖1邊坡典型斷面示意圖

2 數值建模

2.1模型的建立

圖2為采用有限差分軟件FLAC3D建立的邊坡數值

3抗滑樁加固邊坡前后對比分析

3.1天然狀態(tài)下邊坡穩(wěn)定性分析

圖3展示了天然狀態(tài)下邊坡的水平位移和剪應變增量云圖。由圖3（a）可知，在邊坡中間坡段出現圓弧形狀水平位移集中現象，最大水平位移達873.19cm；由圖3（b）可知，邊坡剪應變增量出現貫通現象，此時邊坡安全系數為0.95。

圖3天然狀態(tài)下邊坡水平位移和剪應變增量云圖

根據《建筑邊坡工程技術規(guī)范》（GB50330一2013），邊坡穩(wěn)定性判斷標準如表2所示。由表2可知，天然狀態(tài)下邊坡處于失穩(wěn)狀態(tài)，當外界出現擾動時存在較大滑塌風險，需要及時采取措施進行邊坡加固。

表2邊坡穩(wěn)定性判斷標準表

3.2抗滑樁加固邊坡參數優(yōu)化分析

3.2.1抗滑樁樁位影響分析

現有的研究表明，抗滑樁能夠有效地增加邊坡的穩(wěn)定性，本文即采取布設抗滑樁的形式來加固邊坡。為了找出抗滑樁在坡面上最佳位置，如圖4所示，建立 X_iO_iZ_i 坐標系，并假設樁位與 Z_?1 軸之間水平長度為 R 。

圖4抗滑樁加固邊坡示意圖

圖7不同樁間距時抗滑樁體水平位移曲線圖

為找出最佳樁位，且排除樁間距和樁長帶來的影響，取樁徑 D 為 0.8m ，取樁間距為 2D，3D 和 5D ，取樁長為40m（保證樁端入基巖足夠長），已知整個潛在滑動面水平投影長度約為 150m. 。圖5展示了不同樁間距時邊坡安全系數隨樁位變化曲線。由圖5可知，不同樁間距時曲線分布規(guī)律基本相同，即隨著樁位 R 的不斷增大，邊坡安全系數先增大后減小，當樁位 R 等于86m時，不同樁間距下邊坡安全系數均保持最大，說明抗滑樁布設在邊坡潛在滑移面中部偏下位置時最佳。

圖5不同樁間距時邊坡安全系數隨樁位變化曲線圖

圖6展示了抗滑樁最大彎矩和剪力隨樁位變化曲線。由圖6可知，在樁位 R 取86m時，抗滑樁的最大彎矩和最大剪力基本處于最大水平，說明此時抗滑樁充分發(fā)揮了加固作用，也印證了樁位選擇的準確性。

圖6抗滑樁最大彎矩和剪力隨樁位變化曲線圖

3.2.2抗滑樁樁間距影響分析

為了選擇合適的抗滑樁樁間距，取樁位 R 為86m，取樁徑 D 和樁長 L 分別為0.8m和 40m ，取樁間距分別為 2D.3D 和 5D 進行分析，圖7為不同樁間距時抗滑樁體水平位移曲線。由圖7可知，從抗滑樁樁頂到樁底，其水平位移逐漸減小，其中樁頂水平位移始終保持最大。樁間距取 2D，3D 和 5D 時抗滑樁樁頂水平位移分別為71.2mm 95.8mm和138. 1mm ，樁間距為 3D 和 5D 時比為 2D 時分別增大了 34.6% 和94. 0% 。

圖8為不同樁間距時抗滑樁彎矩和剪力的變化曲線。由圖8可知，不同樁間距時抗滑樁沿樁身的彎矩和剪力變化曲線規(guī)律基本相同，對于抗滑樁彎矩，相比樁間距取 2D 時，樁間距取 3D 和 5D 時抗滑樁最大彎矩值分別增大了13. 5% 和16. 7% ；對于抗滑樁剪力，相比樁間距取 2D 時，樁間距取 3D 和 5D 時抗滑樁最大剪力值分別增大了23. 5% 和23. 6% 。綜上可知，當樁間距 gt;3D 時，抗滑樁的最大彎矩和剪力值基本不再增大，說明此時抗滑樁充分發(fā)揮了其加固作用，因此該工程中抗滑樁樁間距適宜取 3D 。

變增量云圖。由圖10（a）可知，在邊坡中間段未出現圓弧狀水平位移集中區(qū)域，邊坡最大水平位移為9.32cm，相比于采用抗滑樁加固前邊坡最大水平位移減小了98. 9% ；由圖10（b）可知，邊坡剪應變增量未出現貫通現象，且水平方向上潛在滑動面面積顯著減小，此時邊坡安全系數為2.13，加固后的邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。

圖8不同樁間距時抗滑樁彎矩和剪力變化曲線圖

圖10抗滑樁加固下邊坡水平位移和剪應變增量云圖

3.2.3抗滑樁樁長影響分析

為了選擇合適的抗滑樁樁長，取樁位 R=86m. 樁徑 D=0.8 m和樁間距 d=3D ，如圖9所示為邊坡安全系數隨抗滑樁長的變化曲線。由圖9可知，隨著樁長的增加，邊坡安全系數隨之增大，當樁長增大至16m時，隨著樁長的繼續(xù)增大邊坡安全系數基本不再變化。因此，該工程中抗滑樁最佳樁長為 16m。

4討論

抗滑樁加固邊坡主要是通過嵌入一定深度和直徑的樁體，利用樁側阻力和樁端阻力提高邊坡土體的抗滑能力并增強整體穩(wěn)定性，從而防止邊坡滑動或坍塌。這種加固方法廣泛應用于各類邊坡工程，特別是地質條件復雜、邊坡穩(wěn)定性差的區(qū)域。以下是對其適用性的詳細分析。

4.1地質適應性

抗滑樁適用于軟土邊坡，如河灘、平原、海濱等地區(qū)的邊坡，這些區(qū)域的土體常處于飽和狀態(tài)，強度低且易軟化，使用抗滑樁能提供穩(wěn)固的支撐，有效防止邊坡滑動。例如，在軟土邊坡中，抗滑樁可以深入地下穩(wěn)定層，利用其摩阻力和錨固力增強邊坡穩(wěn)定性；對于中硬土或軟巖邊坡，雖然巖土體硬度與承載能力較強，但在水流、地震等影響下仍可能發(fā)生滑動，在這種情況下，抗滑樁通過減小滑動力矩，承受土體滑動的重力，進而提高邊坡的穩(wěn)定性。

4.2工程經濟性

使用抗滑樁可以節(jié)省大量時間、成本和人力物力，極大程度上縮短工期，這得益于抗滑樁施工技術的成熟性和高效性，使得這一方法在工程經濟上具有顯著優(yōu)勢。

圖9邊坡安全系數隨抗滑樁長的變化曲線圖

4.3環(huán)境友好性

根據上述分析結果，取抗滑樁最優(yōu)參數，即樁位 R 、樁徑 D 、樁長 L 和樁間距分別為86m、0.8m、16m和3D ，如圖10所示為抗滑樁加固下邊坡水平位移和剪應抗滑樁加固對周圍地質環(huán)境的影響整體較小，其在加固邊坡的同時，能夠保持自然環(huán)境的相對完整性，符合當前環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的要求。

4.4技術可靠性

經過多年的探索，抗滑樁在理論計算和有限元數值模擬等方面均取得了一定成果，這使得抗滑樁的設計和施工更加精確可靠。尤其是采用數值模擬手段，通過對土體參數、坡角、樁長、樁徑等多個影響因素的分析，可以優(yōu)化設計方案，提高加固效果。

4.5廣泛適用性

無論是公路邊坡、鐵路邊坡還是其他基礎設施的邊坡加固，抗滑樁都展現了其廣泛的適用性，其可以根據不同工程的具體需求進行定制設計，滿足不同地質和工程條件下的加固要求。

綜上所述，抗滑樁加固邊坡在地質條件適應性、工程經濟性、環(huán)境友好性、技術可靠性以及廣泛適用性等方面都表現出顯著優(yōu)勢，實際工程中可以根據需要合理設計和施工。

5結語

本文以某邊坡工程為研究對象，采用數值模擬的方法對抗滑樁加固邊坡效果和參數取值進行了分析，得到以下結論：

（1）天然狀態(tài)下該工程邊坡失穩(wěn)，存在較大滑塌風險，需要及時采取加固措施。（2采用數值模擬方法得到樁位取86m（邊坡潛在滑移面中部偏下位置）、樁間距取3倍樁徑、樁長取16m時，抗滑樁加固效果最佳。（③采用抗滑樁最優(yōu)參數加固后邊坡最大水平位移同比減小了98. 9% ，且在水平方向上邊坡潛在滑動面面積顯著減小，此時邊坡安全系數為2.13，加固后的邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，說明抗滑樁起到了較好的加固效果。（4）抗滑樁加固邊坡在地質條件適應性、工程經濟性、環(huán)境友好性、技術可靠性以及廣泛適用性等方面都表現出顯著的優(yōu)勢，實際工程中可以根據需要合理設計和施工。

參考文獻

[1]王濟滄，黃康娜，桑慶云.抗滑樁不同參數取值對邊坡穩(wěn)定性的影響研究[J」.四川水泥，2023（9）：90-92.

[2]賈冰.錨索抗滑樁加固邊坡方案及其優(yōu)化研究[J.山東交通科技，2023（3）：36-39.

[3]顏平.樁位對抗滑樁加固邊坡穩(wěn)定性影響分析J].福建建材，2023（5）：51-54.

[4]李沸澄.樁間距對抗滑樁加固邊坡穩(wěn)定性影響的數值計算[J]安徽建筑，2023，30（3）：123-125

[5]賴柳軍.抗滑樁加固巖質邊坡穩(wěn)定性影響分析[J].西部交通科技，2022（9）：57-60

[6]韓雷.抗滑樁加固邊坡影響因素分析[J].公路與汽運，2022（5）：58-61.

[7]刁海珠.抗滑樁加固參數對邊坡穩(wěn)定性影響的數值計算[J].安徽建筑，2022，29（5）：144-145

[8]高興杰.公路邊坡穩(wěn)定性及抗滑樁加固分析[J].內蒙古公路與運輸，2021（5）：33-36.