不同抗滑桩在复合多层滑床条件下的受力分析

梅文杰

（广东城华工程咨询有限公司，广东 广州 510660）

1 工程概况

某典型复合多层滑床的滑坡体位于河岸下游，经历多次暴雨后，发生了较大变形，尤其在滑坡的后缘出现了很多裂缝，宽约30 cm；通过工程地质勘察，大致确定了滑坡的边缘范围，根据实际测量，该滑坡的面积6 320 m2，体积约1.68×105m3；根据滑坡体积划分，该滑坡属于大中型滑坡，从上至下分别为土夹石滑体部分，砂岩、泥岩、砂岩以及基岩，见图1。

图1 复合多层滑床的滑坡图

2 模型建立及参数选择

为了对该滑坡支护，防止滑坡滑动造成灾害，选取该滑坡主截面采用Geostudio 中的SEEP/W 模块建立数值模型。模型水平宽度1 100 m，垂直高度260 m，共划分15 760 个单元，采用三角形和四边形相结合的网格进行划分，模型两侧地下水位以下采取定水头边界，底部设置为不透水边界。

滑坡坡体由四种不同的材料组成，最上面的部分为滑体，由土夹石构成。抗滑桩的固定段主要由砂岩和泥岩组成，固定段以下为滑床下基岩。滑体土夹石主要部分为粉质粘土和碎石，滑床下的基岩主要以长石英岩和粉质泥岩互层为主，岩体的倾向与滑体方向一致。滑坡岩土物理力学参数如表1所示。

表1 岩土物理力学参数表

3 不同抗滑桩的承载性能研究

暴雨对滑坡的稳定性造成严重的影响，对该滑坡进行抗滑桩加固和坡体表面排水等措施，防止坡体滑动，但地表仍有变形。现计划采用单排抗滑桩、双排抗滑桩进行加固，比较不同桩型的承载性能，选取最合适的加固措施。为保证模拟试验的准确，设定两种桩型所用的混凝土体积相同，单排抗滑桩截面尺寸宽度2.40 m，高度3.50 m，桩长22.50 m，双排抗滑桩截面尺寸宽度1.40 m，高度3 m，桩长22.50 m，排距6 mm。

3.1 单排抗滑桩支护承载性能分析

采用单排抗滑桩，建立了相应的计算模型，使用FLAC3D中的pile 单元对抗滑桩进行了模拟计算。由于在坡脚部位设置抗滑桩会受到水位变化的影响，增加施工难度，因此选择在坡体中部植入单排抗滑桩，数值模拟计算经抗滑桩加固的边坡安全系数1.23，此时边坡处于稳定状态。

据模拟数据得到的单排抗滑桩位移曲线见图2。抗滑桩受力自上而下，离桩底越高，顶部位移越大，22.50 m 时顶部位移最大0.17 m，10 m 处，顶部位移0.03 m，15 m 时，顶部位移0.07 m。因受力位置离桩底高度大于10 m时，抗滑桩水平位移快速增大，说明滑动面以上的抗滑桩是整体变形，小于10 m时，抗滑桩水平位移增加缓慢，桩底时抗滑桩水平位移基本为零。抗滑桩越靠近滑动面，桩体受力越大，桩身变形随之越大；当抗滑桩受到滑坡推力时，位于滑面上的抗滑桩将推力传递到桩身，产生挤压形变，水平位移随之增加。

图2 抗滑桩水平位移图

根据模拟数据，可得单排抗滑桩的弯矩和剪力分布情况。结果显示抗滑桩在滑坡推力作用下桩身会产生形变。抗滑桩在受到滑坡推力后，一侧会受到拉力，随着抗滑桩在滑坡的深度的增加，抗滑桩的弯矩先增大再减小，抗滑桩在滑坡深度14.10 m处弯矩最大，为8.90×107N·m，抗滑桩在深度22 m处弯矩为0。抗滑桩在滑坡深度17.50 m 处，抗滑桩受到的剪力为0，抗滑桩在深度20 m处，抗滑桩受到的剪力最大，为3.40×107N。结合抗滑桩的受力特性，抗滑桩的受力极限值大于抗滑桩受力的最大值，这表明抗滑桩在受力后，能够承受较大的弯矩和剪力，有效地抵抗滑坡的推力，确保边坡的稳定性。

3.2 双排抗滑桩支护承载性能分析

在同种工况情况下，用同等体积的混凝土，改用双排抗滑桩来支护滑坡，双排抗滑桩的截面尺寸为宽度为1.40 m，高度为3 m，桩长为22.50 m，桩间距为6 m，在坡体中部植入双排抗滑桩。通过数值模拟计算，经过抗滑桩的加固，边坡的安全系数为1.32，边坡处于稳定状态。

通过模拟数据，可得双排抗滑桩水平位移情况，见图3。结果显示离桩底距离越远，抗滑桩受到滑坡推力越大，前排桩和后排桩的水平位移随之增大。距离桩底10～12 m 处，抗滑桩的前排桩和后排桩水平位移基本相同。距离桩底22.50 m处，前排桩和后排桩水平位移最大，前排桩最大值0.103 m，后排桩最大位移0.132 m，最大位移出现在桩顶，说明双排抗滑桩在受到滑坡推力后也会发生整体变形，但前排桩和后排桩顶部位移差异较大，因没有横梁连接，桩间土体承受的挤压作用不同。由此可知，抗滑桩离底部的距离越小，受到滑坡推力产生的水平位移越小，桩离底部大于12 m时，后排桩和前排桩的水平位移均快速增大，后排桩的水平位移较前排桩大。

图3 位移曲线图

通过模拟数据，可得双排抗滑桩的弯矩受力情况，前排桩和后排桩均未出现反弯点，随着抗滑桩在滑坡中深埋距离增加，前排桩和后排桩的弯距先增大再减小，前排桩在滑坡中深埋距离为6.20 m 处，前排桩的弯距最大，最大值为4.00×107N·m，后排桩在滑坡中深埋距离为8.10 m处，后排桩的弯矩最大，最大值为6.75×107N·m。结合抗滑桩的受力特性，前排桩和后排桩的受力许可值大于前排桩和后排桩的最大值。

通过模拟数据，可得双排抗滑桩的弯矩剪力情况。结果表明前排桩和后排桩受到的剪力趋势基本相同，前排桩在滑坡中深埋距离为15.50 m 处剪力为0，后排桩在滑坡中深埋距离为18.20 m处剪力为0，前排桩在滑坡中深埋距离为18 m处，前排桩受到的剪力最大，为1.51×107N,后排桩在滑坡中深埋距离为20 m处，后排桩受到的剪力最大，为2.50×107N，根据抗滑桩的材质属性，结合模拟数值，前排桩和后排桩均未超过其许可值，由此可知，双排抗滑桩的支护对滑坡的治理有显著成效。

3.3 抗滑桩不同桩型的支护效果对比

在对复合多层滑床滑坡采取加固措施后，对单排抗桩及双排抗滑桩支护时最大水平位移及桩身弯矩和受到的剪力进行了分析，对比两种抗滑桩的位移和受力，可得结果见表2。

表2 两种抗滑桩的位移和受力对比表

由表2 可知，双排抗滑桩安全系数较单排抗滑桩增加了7.30%，最大水平位移减小了20%，弯矩减小了24.10%，剪力减小了26.40%。由此可知，两种抗滑桩对同一边坡加固，双排抗滑桩治理效果更好，边坡稳定系数更高。

4 结语

①单排抗滑桩加固滑坡时，受力位置离桩底高度大于10 m 时，抗滑桩水平位移快速增大，受力位置离桩底高度小于10 m 时，水平位移增加缓慢，抗滑桩越靠近滑动面，桩体受力越大，桩身变形越大。单排抗滑桩在受到滑坡推力后，抗滑桩可抵抗滑坡体推力弯矩和剪力均未超过抗滑桩许可值，加固效果较好。②双排桩对滑坡加固后，离桩底距离越远，抗滑桩受到滑坡推力越大，前排桩和后排桩的水平位移随之增大。距离桩底10～12 m 处，抗滑桩的前排桩和后排桩的水平位移基本相同，离底部大于12 m 时，水平位移均快速增大，后排桩水平位移较前排桩的位移大。随着抗滑桩在滑坡中深埋距离增加，前排桩和后排桩弯距均先增大再减小，弯矩和剪力均未超过抗滑桩许可值，加固效果较好。