基于有限元法对某滑坡抗滑桩设置位置的研究

李浩瀚 马德芹

摘 要：設置抗滑桩是治理滑坡的常用手段，抗滑桩的设置位置能够影响滑坡的治理效果，抗滑桩设置的最优位置应是使得边坡安全系数最大的位置。基于有限元法和强度折减法，通过研究某滑坡的安全系数得到，塑性变形最大的区域是设置抗滑桩治理滑坡的最优位置。而塑性变形是滑坡产生的重要条件，因此抗滑桩的设置位置可以由塑性变形区来确定，这对滑（边）坡治理具有一定的参考意义。

关键词：有限元法 强度折减法 安全系数 滑坡 抗滑桩

中图分类号：X14 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）10（a）-0049-02

抗滑桩已广泛应用于滑坡的治理中，但因为岩土体的复杂性和不确定性，目前抗滑桩的理论还不够成熟，而抗滑桩的设置位置更是存在分歧。该文基于有限元软件ANSYS和强度折减法，研究发现将抗滑桩设置在塑性变形最大的区域，边坡的安全系数最大。

1 有限元法分析滑坡的优点

随着计算机技术的发展，数值计算方法在边坡稳定性分析中得到了广泛应用。有限元法不仅考虑了土体的平衡条件，而且考虑了材料的应力与应变关系，使结果更趋于准确。有限元法全面满足边坡静力许可、应变相容和应力、应变之间本构关系，使有限元分析边坡稳定成为近年来的发展趋势，有限元法不仅能计算出土体内应力场分布，还可以了解边坡逐步破坏机理，跟踪边坡内塑性区发展情况。

2 强度折减法

强度折减法就是用一个折减系数Fs将土体的抗剪强度指标c和进行折减，然后用得到的cF和代替原来的c和，不断的折减，直到边坡破坏，同时获得安全系数Fs。安全系数是法是表达边坡稳定性最直接的计算方法，其表达式为：

3 边坡失稳判断分析

边坡失稳过程大致划分为以下几个阶段：

（1）当重力荷载施加至一定值时，潜在滑移面周围的土体首先进入塑性状态；

（2）随着荷载增加，坡面附进节点位移增大，塑性应变也随之增加，直至边坡内的滑动带初步形成；

（3）如果荷载继续增大，塑性区自塑性变形最大处向坡顶和坡脚贯通，则边坡沿潜在滑动带整体失稳。

将抗滑桩设置于塑性变形最大区域，能够减小边坡的塑性变形，延缓滑动带的形成，并能够阻止塑性区贯通，有效减小边坡失稳的可能性。

4 工程实例

滑坡位于四川省都江堰市，系“5.12”汶川地震衍生滑坡。该文运用ANSYS软件对该滑坡进行分析，分别模拟在不同位置设置抗滑桩时的应力应变情况，并得出相应的安全系数。抗滑桩同时采用桩长为30 m，截面为2.5 m×2.5 m的混凝土桩。

岩土体采用二维实体单元PLANE82，抗滑桩采用二维实体单元PLANE42。材料采用Drucker-Prage模型建模，所需岩土体力学参数见表1。

抗滑桩设置前的水平位移图如图1（a），塑性区云图如图1（b）所示。

现对滑坡进行刷坡处理，并分别在不同位置设置抗滑桩，在极限平衡条件下得到各项参数（见表2）。

在塑性位移最大的区域设置抗滑桩，得到的安全系数最大，并且得到的水平位移、塑性变形和剪应力也最大。这说明抗滑桩设置于塑性变形最大区域时，抗滑桩得到了最大限度的利用，能够起到最好的抗滑作用。

5 结论

（1）该文不仅结合工程实际，运用ANSYS软件模拟得到抗滑桩设置的最优位置为最大塑性变形区域，同时也从理论上分析了抗滑桩应设置于塑性变形最大区域的原因。

（2）抗滑桩设置于塑性变形最大区域时，抗滑桩能得到最大限度的利用。

（3）在进行滑（边）坡治理时，在成本可控的条件下，应尽量将抗滑桩设置于塑性变形最大区域。

参考文献

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