基于ABAQUS的边坡双排桩支护结构研究

宣杰 蒋建平

摘 要：本文应用ABAQUS有限元软件，分析深边坡双排桩支护结构，在地震作用下的。结果表明，边坡在静力工况下支护效果比较好，未产生滑移现象，而在地震作用下，桩后土体会有滑移现象，桩间土及桩前土水平位移相对较小。结合模型的分析结果及双排抗滑桩支护的理论作用机理，边坡的双排桩支护结构支护下具有较好的抗震效果，可为实际工程提供参考。

关键词：双排桩；ABAQUS；抗震工程；有限元

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

0 引言

边坡，规范[1]定义为在建（构）筑物场地或其周边，由于建（构）筑物和市政工程开挖或填筑施工所形成的人工边坡和对建（构）筑物安全或稳定有影响的自然边坡，具有倾斜滑动面面的岩土结构，其在降雨、地震、人工开挖、爆破、上部重载等的荷载影响下，边坡内部的岩土体有从高处向低处滑动的趋势，以至某一个滑动面上的滑动力超过其抗滑力就会发生边坡内部岩土体沿着某一个滑带向下滑动，即滑坡现象。

我国属于滑坡灾害极为频繁的国家，其中大型和巨型滑坡占有突出重要的地位，尤其是在中国的西部地区，大型滑坡更以其规模大、机制复杂、危害大的特点严重威胁着当地民生的安全。根据“中国环境公报”[2]2013年的统计，全国共发生各类地质灾害15403起，其中滑坡9849起、崩塌3313起、泥石流1541起、地面塌陷371起、地裂缝301起、地面沉降28起。造成481人死亡、188人失踪、264人受伤，造成直接经济损失101.5亿元。与上年相比，地质灾害发生数量、造成死亡失踪人数和直接经济损失分别增加7.5%、78.4%和92.2%。

随着我国国民经济的快速发展同时西部大开发战略的进一步实施， 无论在交通、水力、矿山等工程建设方面都涉及到大量的边坡问题，在建设、运行期间，边坡稳定性问题一直是主要的工程地质问题之一，因此合理的处治边坡，保证边坡的稳定性，是岩土工程界必须考虑的问题，并且由于西部是地震常发地区，因此对于边坡在地震动力下的响应作用及边坡抗震设计优化方案则是目前我国乃至国内外地质研究的重点问题之一。

1 数值建模

1.1 工程概况

本文参考[3]某实测边坡，边坡高度约为20m，地区要求抗震等级Ⅶ级。土体参数经合并划分为软弱土和基岩土，软弱土参数：深度15m，密度1800 kg/m3 ，弹性模量E =3MPa；基岩土参数：深度25m，密度2300 kg/m3 ，弹性模量E =10MPa，本文地震波选用经典的汶川地震波型曲线，通过Ⅶ级的地震波曲线校正为0.1g的加速度峰值曲线。

1.2 模型建立

模型基本建立过程：根据实际工况情况，建立基本模型尺寸—合并上下层的材料属性，输入基本材料参数—创建地应力平衡分析步及地震分析步—荷载施加分别在地应力步及地震分析步，施加对应的重力及地震荷载—本文采用平面应变的分析原理，网格单元使用CPE4单元网格进行划分。

2 结果及展望

（1）在地震作用下，双排桩支护结构作为挡土支护结构能有效地支挡桩前土体的滑移，在支护前边坡结构出现了明显的塑形应变区，边坡的滑移趋势明显，最大位移达到了2m，土体已经明显破坏；而在支护后，支护结构物支挡了桩前土的滑移趋势，并且有效地控制了滑移土的位移量，土体的支护后最大位移为0.2m，支护结构物尚未达到破坏。

（2）计算结果了验证了双排桩桩间土的受力机理[4]，双排桩支护结构简化为门式钢架结构，嵌固于边坡土体之中，从结构的角度为超静定结构，在桩与桩间土共同工作的适用条件 下，桩间土分担上部荷载的效果明显，而在两侧桩的侧摩阻力作用下，桩间土体会发生隆起及破坏现象，而双排桩的桩间连梁可有效地桩间土的隆起及塑性破坏。

（3）从科学、合理、经济的角度，双排桩的支护结构可保证临近建筑物的安全。结合实践工程，双排桩支护结构物具有施工简单、工期短的优势。

（4）本文就双排桩的支护效果进行了数值模拟研究，可为地震频发地区的边坡支护提供参考。

参考文献：

[1]《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2013） [S].GB50330-2013

[2] 国家环保局. 2013年中国环境公报[M].中华 人民共和国环境保护部， 2013.

[3] 费康， 张建伟. ABAQUS在岩土工程中的应用[M]. 北京： 中国水利水电出版社.

[4] 杨德健，王铁成，尹建峰.双排桩支护结构受力特征与土压力计算分析[J].建筑科学，2007年第23卷第9期.

作者简介：宣杰（1992-），男，硕士研究生，研究方向：边坡动力响应。