路基边坡支护结构中抗滑桩的影响因素研究

吴敬媛

摘要：文章采用有限元模拟软件对路基边坡支护结构中抗滑桩的影响因素进行研究，通过改变抗滑桩的桩截面尺寸、桩间距及桩的锚固深度对边坡的位移变化进行分析。研究结果表明：抗滑桩的截面尺寸改变对边坡稳定性的影响较小，不同截面的桩身水平位移值几乎相同;桩与桩之间的间距对边坡水平位移有一定的影响，随着桩间距的增大，水平位移增大，对边坡的稳定不利;桩的锚固深度对边坡水平位移有一定的影响，随着桩锚固深度的增大，边坡的水平位移逐渐减小，有利于边坡的稳定。

关键词：路基;边坡支护结构;抗滑桩;有限元模拟

0 引言

近年来随着我国社会的发展及城市化进程的不断推进，城市的交通形式也日趋多样性，在城市建筑与道路建设过程中面臨的边坡防护问题也越来越多，支护边坡的支护结构在设计及施工中如果存在安全问题，一旦破坏将对工程造成严重的后果。抗滑桩是在边坡支护结构中较为常见的一种结构形式，该结构能够较好地保证边坡稳定性，并且具有简便快捷、造价低等优点，但抗滑桩支护结构容易受桩平面位置、桩截面、桩间距及桩锚固深度等因素的影响[1-3]。王亮清等人[4]通过对实际工程的研究，提出关于滑坡推力的确定方法;王聪聪等人[5]对抗滑桩的布设位置、桩体的弹性模量及桩长等设计因素进行研究;邹盛堂[6]根据有限元软件ABAQUS，对抗滑桩加固土质边坡的三维模型进行分析，对边坡加固中抗滑桩的合理布设位置进行研究;戴自航等人[7]根据有限元强度折减法建立了不同抗滑桩设桩方案模型，对边坡安全系数与桩长、桩径和桩间距的关系进行分析，同时揭示了桩周土压力的分布规律。

目前相关的研究已取得一定的成果，但在支护结构设计因素等方面还存在一些不足，为此本文根据已有的研究成果，利用有限元模拟软件对影响抗滑桩的因素进行研究，通过改变抗滑桩的桩截面尺寸、桩间距及桩的锚固深度对边坡的位移变化进行研究分析。

1 影响抗滑桩的因素

在一般的情况下，根据项目所处的位置不同会面对不同的滑坡体，抗滑桩的设计要素选择会不同，影响抗滑桩的因素也会不同。根据相关研究表明，影响抗滑桩的因素主要有抗滑桩的平面位置、截面尺寸、桩的桩间距及桩的锚固深度等。下页表1将对这些影响因素进行简要分析介绍。

桩的锚固长度是指桩埋入滑动面以下稳定地层的长度，目前的工程在考虑锚固深度时主要是从控制锚固段桩身周围地层的强度来进行，必须满足锚固段桩侧应力不大于地层的侧向容许应力。若桩锚固深度过短则可能出现稳定性不足，若锚固深度过长则将造成施工困难[BG）F][KH-*2]

2 有限元模拟分析

本次对抗滑桩的模拟主要是采用Midas-GTS-NX软件。该软件具有丰富的分析与设计功能，具备应力、动力、边坡稳定及衬砌等分析功能，能够支持摩尔-库伦、修正摩尔-库伦等本构模型，还能自定义模型。

2.1 有限元模型的建立

本次模型的建立只考虑弹性模量及泊松比，抗滑桩采用线弹性模型，岩土采用摩尔-库伦模型，本次模型的整体大小为115 m×135 m×70 m，模拟的边界条件采用地面支承边界，在宽度两侧设置限制X向的平动位移，长度两侧设置现在Y向的平动位移，在底部设置限制Z向的位移，在边坡的坡顶及坡角及边坡的上表面均不设置平动约束。部分模型如图1所示，模型中的参数设置如表2所示。

2.2 有限元结果分析

（1）不同桩截面尺寸分析

本次对不同桩截面尺寸的模拟中，在保持其余参数不变的情况下，选取桩间距为5 m，桩锚深度为8 m，改变桩截面的尺寸，分别设置1.5×3 m、2×3 m、2.5×3 m及2.5×3 m四种尺寸进行数值模拟计算，根据不同抗滑桩截面尺寸所对应的桩顶及桩身的水平位移数值计算结果进行对比分析，具体的结果如表3所示。

根据表3数据绘制关于不同截面下桩身的水平位移图，如图2所示。

从图2中可以看出，不论是哪种截面，其水平位移随着桩身埋深的增大而逐渐地减小，对比不同的截面可以发现，这几种截面下的抗滑桩桩身水平位移曲线几乎相同，其中对1.5×3 m截面的桩身位移出现一小段先增后减的情况。这几种截面的桩顶最大水平位移值未超过边坡开挖时抗滑桩的桩顶位移预警值，说明抗滑桩处于安全稳定的状态。

（2）不同桩间距的分析

本次对不同桩间距的模拟中，在保持其余参数不变的情况下，选取桩截面尺寸为2×3 m，桩锚深度为8 m，改变桩与桩之间的距离，分别设置3 m、5 m及8 m三种数值进行模拟计算，根据不同抗滑桩间距所对应的边坡坡顶水平位移数值计算结果进行对比分析，具体的结果如表4所示。

根据表4数据绘制关于不同桩间距下的边坡水平位移图，如图3所示。

从图3中可以看出，三种桩间距下的边坡水平位移变化趋势大致相同。对比三种（3 m、5 m、8 m）桩间距布置情况，发现当桩间距为8 m时在相同的边坡处其桩顶的水平位移值更大，说明在该处边坡的水平变形更大，边坡较为不稳，在进行桩布置时不宜将桩间距布置得过大，太大的桩间距将有可能引起边坡失稳。

（3）不同桩锚固深度的分析

本次对不同桩锚固深度的模拟中，在保持其余参数不变的情况下，选取桩截面尺寸为2×3 m，桩间距为5 m，改变锚固的深度，分别设置6 m、8 m及10 m三种数值进行模拟计算，根据不同抗滑桩锚固深度所对应的边坡坡顶水平位移数值计算结果进行对比分析，具体的结果如表5所示。

从图3中可以看出，三种桩锚固深度下的边坡水平位移变化趋势大致相同。对比三种（6 m、8 m、10 m）桩间距布置情况，发现当桩间距为6 m时在相同的边坡处其桩顶的水平位移值更大，说明在该处边坡的水平变形更大，边坡较为不稳，在进行桩锚固深度确定时应多考虑锚固的深度，而增加桩的锚固深度将有利于边坡的稳定。

3 结语

本文根据已有的研究成果，利用有限元模拟软件对影响抗滑桩的因素进行研究，通过改变抗滑桩的桩截面尺寸、桩间距及桩的锚固深度对边坡的位移变化进行研究分析。通过研究结果表明，抗滑桩的截面尺寸改变对边坡稳定的影响较小，[KG（0.258mm]不同截面的桩身水平位移值几乎相同;桩与桩之间的间距对边坡水平位移有一定的影响，随着桩间距的增大，水平位移增大，对边坡的稳定不利，因此在实际工程中可通过控制桩间距来保证边坡的稳定;桩的锚固深度对边坡水平位移有一定的影响，随着桩锚固深度的增大，边坡的水平位移逐渐减小，有利于边坡的稳定。文章仅对抗滑桩的部分影响因素进行分析，有关研究还有待进一步进行。

参考文献：

[1]万仁峰.抗滑桩设计优化与经济性评估[D].重庆：重庆大学，2013.

[2]谢文婷.抗滑桩支护结构设计与数值模拟研究[D].重庆：重庆大学，2012.

[3]刘 静，吴海涛，胡焕校.由桩后土拱形成的条件对抗滑桩间距的计算[J].山西建筑，2009，35（36）：1-2.

[4]王亮清，唐辉明，胡新丽，等.剩余下滑力曲线在水库滑坡抗滑桩设计中的应用[J].岩土力学，2005， 26（12）：2 019-2 022.

[5]王聪聪，李江腾，廖 峻，等.抗滑桩加固边坡稳定性分析及其优化[J].中南大学学报（自然科学版），2015（1）：231-237.

[6]邹盛堂，戴自航.抗滑桩加固土坡效果及合理桩位的三维有限元分析[J].福州大学学报（自然科学版），2012， 40（5）：664-669.

[7]戴自航，徐 祥.边坡抗滑桩设计计算的三维有限元法[J].岩石力学与工程学报，2012，31（12）：2 572-2 578.