肖可洋

(江西省水投建設(shè)集團(tuán)有限公司，江西 南昌 330000)

滑坡災(zāi)害是全球范圍內(nèi)廣泛發(fā)育的一種地質(zhì)災(zāi)害，由于其規(guī)模大、分布范圍廣和危害性大的特點(diǎn)，容易造成較大的社會(huì)影響。

抗滑樁由于施工簡單，治理效果優(yōu)越而被廣泛使用在滑坡治理工程中。國內(nèi)外許多學(xué)者針對(duì)抗滑樁的受力性能及治理效果展開了深入的研究。麥合木提江[1]基于Geo-studio軟件研究了抗滑樁對(duì)滑帶土受力的影響。結(jié)果表明，抗滑樁對(duì)于水文地質(zhì)條件復(fù)雜的滑坡治理效果良好。平詩語等[2]基于FLAC 3D數(shù)值有限元研究了滑坡的演化模式對(duì)抗滑樁的加固樁位與嵌固深度的影響。結(jié)果表明，樁體的有效嵌固深度比與滑坡類型無關(guān)，樁的最有效加固樁位并不一定是最合理樁位。仉文崗等[3]基于可靠度理論研究了巖體參數(shù)空間變異性對(duì)抗滑樁受力的響應(yīng)。結(jié)果表明，強(qiáng)度參數(shù)的空間變異性對(duì)邊坡的失效概率及抗滑樁響應(yīng)有顯著影響，不考慮巖土體的空間變異性將導(dǎo)致邊坡失效概率增大及低估抗滑樁的樁頂位移。劉孟瀚等[4]基于極限平衡原理研究了樁前溶洞對(duì)抗滑樁嵌固段穩(wěn)定性的影響，并基于極限平衡法提出了樁前存在溶洞時(shí)嵌固段承載力驗(yàn)算方法。周德培等[5]采用理論分析手段研究了邊坡工程中抗滑樁合理樁間距。結(jié)果表明，其他條件不變的情況下，樁間距隨樁后土體內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角增大而增大，隨樁后推力的增大而減小。韓愛民等[6]基于數(shù)值模擬研究了影響樁間土拱效應(yīng)因素。結(jié)果表明，土的泊松比、剪脹角和樁土接觸特征對(duì)土拱效應(yīng)的影響最明顯。張建勛等[7]采用數(shù)值模擬研究了土體性質(zhì)、群樁以及樁土接觸面性質(zhì)等因素對(duì)土拱效應(yīng)的影響。結(jié)果表明，樁間距是影響土拱效應(yīng)的最主要因素。戴自航[8]基于理論分析研究了滑坡推力和樁前滑體抗力分布規(guī)律，并建立了相應(yīng)的滑坡推力和土體抗力分布函數(shù)模型，為滑坡治理及抗滑樁的合理設(shè)計(jì)提供參考。

本文基于數(shù)值模擬，研究了巖土體抗剪強(qiáng)度參數(shù)對(duì)抗滑樁內(nèi)力分布特征影響。

1 數(shù)值模型

1.1 模型建立

建立典型數(shù)值計(jì)算模型如圖1所示。邊坡坡角為15°?？够瑯豆睬昂髢膳?，長度均為16 m，樁徑為1 m，嵌固段長度為6～7 m，樁心距為4 m，前后兩排樁排距也為4 m。在滑體后方施加40 kN/m的水平均布荷載模擬滑坡推力。共建立10根樁，前后各5根。

圖1 有限元分析模型

1.2 計(jì)算參數(shù)

巖土體破壞準(zhǔn)則采用摩爾-庫倫本構(gòu)，抗滑樁采用各向同性完全彈性本構(gòu)，鋼筋采用強(qiáng)化拉伸塑性應(yīng)力-應(yīng)變本構(gòu)。巖土體及鋼筋混凝土的物理力學(xué)參數(shù)見表1所示。

表1 材料物理力學(xué)參數(shù)值

2 計(jì)算結(jié)果與分析

2.1 內(nèi)聚力影響

圖2匯總得到樁頂位移隨內(nèi)聚力變化規(guī)律，結(jié)果表明，在其他條件不變的情況下，樁頂位移隨內(nèi)聚力的增大而減小，但隨內(nèi)聚力逐漸增大，位移減小速率越來越平緩。也即內(nèi)聚力越小，滑坡推力越大，樁頂位移越大。

圖2 樁頂位移隨內(nèi)聚力變化規(guī)律

圖3匯總得到前排樁和后排樁樁身彎矩隨樁長的變化規(guī)律。結(jié)果表明，其他條件相同的情況下，內(nèi)聚力對(duì)樁身彎矩影響較小。兩排樁彎矩最大的位置均出現(xiàn)在樁身11 m的位置。

圖3 樁身彎矩隨樁長變化規(guī)律

進(jìn)一步匯總得到樁身最大彎矩隨內(nèi)聚力變化規(guī)律見圖4所示。結(jié)果表明，樁身最大彎矩隨內(nèi)聚力的增大而減小。隨內(nèi)聚力的增大，最大彎矩變化速率變平緩。對(duì)于后排樁而言，當(dāng)內(nèi)聚力分別為24 kPa、26 kPa、28 kPa、30 kPa和32 kPa時(shí)，彎矩最大值分別為5513 kN·m、5383 kN·m、5336 kN·m、5321 kN·m和5025 kN·m；前排樁的彎矩最大值分別為4742 kN·m、4644 kN·m、4596 kN·m、4571 kN·m和4557 kN·m?？傊?，內(nèi)聚力越小，對(duì)樁身最大彎矩影響越大。

圖4 樁身彎矩最大值隨內(nèi)聚力變化規(guī)律

圖5匯總得到前排樁和后排樁樁身剪力隨樁長的變化規(guī)律。結(jié)果表明，其他條件相同的情況下，內(nèi)聚力對(duì)樁身剪力影響較小。

圖5 樁身剪力隨樁長變化規(guī)律

進(jìn)一步匯總得到樁身最大剪力隨內(nèi)聚力變化規(guī)律見圖6所示。結(jié)果表明，樁身最大剪力隨內(nèi)聚力的增大而減小。隨內(nèi)聚力的增大，最大剪力變化速率變平緩。對(duì)于后排樁而言，當(dāng)內(nèi)聚力分別為24 kPa、26 kPa、28 kPa、30 kPa和32 kPa時(shí)，后排樁剪力最大值分別為2951 kN、2869 kN、2856 kN、2849 kN和2850 kN；前排樁剪力最大值分別為2527 kN、2498 kN、2489 kN和2484 kN。總之，內(nèi)聚力越小，對(duì)樁身最大剪力影響越大。

圖6 樁身剪力最大值隨內(nèi)聚力變化規(guī)律

圖7匯總得到抗滑樁承擔(dān)滑坡推力隨內(nèi)聚力變化規(guī)律。結(jié)果表明，內(nèi)聚力比較小時(shí)，后排樁承擔(dān)滑坡推力比例隨內(nèi)聚力的增大而減小，而前排樁隨內(nèi)聚力的增大而增大。當(dāng)內(nèi)聚力較大時(shí)，不同位置抗滑樁承擔(dān)滑坡推力比例差異逐漸減小，內(nèi)聚力大于30 kPa時(shí)，兩者比例趨于一致。

圖7 樁位承擔(dān)推力隨內(nèi)聚力變化規(guī)律

2.2 內(nèi)摩擦角的影響

圖8匯總得到樁頂位移隨內(nèi)摩擦角變化規(guī)律。結(jié)果表明，在其他條件不變的情況下，樁頂位移隨內(nèi)摩擦角的增大而減小，但隨內(nèi)摩擦角逐漸增大，位移減小速率越來越平緩。也即內(nèi)摩擦角越小，滑坡推力越大，樁頂位移越大。樁頂位移隨內(nèi)摩擦角的變化規(guī)律與圖2一致。

圖8 樁頂位移隨內(nèi)摩擦角變化規(guī)律

圖9匯總得到前排樁和后排樁樁身彎矩隨樁長的變化規(guī)律。結(jié)果表明，其他條件相同的情況下，內(nèi)摩擦角對(duì)樁身彎矩影響較小。

圖9 樁身彎矩隨樁長變化規(guī)律

進(jìn)一步匯總得到樁身最大彎矩隨內(nèi)聚力變化規(guī)律見圖10所示。結(jié)果表明，樁身最大彎矩隨內(nèi)摩擦角的增大而減小。內(nèi)摩擦角越大，樁身最大彎矩越小，與內(nèi)聚力對(duì)樁身最大彎矩的影響相比，內(nèi)摩擦角對(duì)最大彎矩的影響更為顯著。

圖10 樁身彎矩最大值隨內(nèi)摩擦角變化規(guī)律

圖11匯總得到前排樁和后排樁樁身剪力隨樁長的變化規(guī)律。結(jié)果表明，其他條件相同的情況下，內(nèi)摩擦角對(duì)樁身剪力影響較小。剪力最大值出現(xiàn)的位置也基本保持一致。因此，改變土體的內(nèi)摩擦角不會(huì)影響抗滑樁的剪力分布。

圖11 樁身剪力隨樁長變化規(guī)律

進(jìn)一步匯總得到樁身最大剪力隨內(nèi)摩擦角變化規(guī)律，見圖12所示。結(jié)果表明，樁身最大剪力隨內(nèi)摩擦角的增大而減小。內(nèi)摩擦角越大，樁身最大剪力越小。

圖12 樁身剪力最大值隨內(nèi)摩擦角變化規(guī)律

圖13匯總得到內(nèi)摩擦角發(fā)生變化時(shí)，抗滑樁承擔(dān)滑坡推力比例關(guān)系。結(jié)果表明，當(dāng)內(nèi)摩擦角較小時(shí)，后排樁承擔(dān)滑坡推力的比較逐漸減小，而前排樁承擔(dān)的比例逐漸增大，但當(dāng)內(nèi)摩擦角為33°時(shí)，兩排樁承擔(dān)滑坡推力的比例趨于相同。

圖13 樁位承擔(dān)推力隨內(nèi)摩擦角變化規(guī)律

3 結(jié) 論

采用數(shù)值有限元研究了土體抗剪強(qiáng)度參數(shù)對(duì)抗滑樁樁頂位移、樁身彎矩及樁身剪力分布規(guī)律s的影響，得到如下結(jié)論：

(1)巖土體的抗剪強(qiáng)度參數(shù)對(duì)抗滑樁的內(nèi)力分布規(guī)律影響不顯著，但會(huì)顯著的影響彎矩最大值和剪力最大值。

(2)當(dāng)土體的強(qiáng)度參數(shù)較小時(shí)，參數(shù)變化對(duì)抗滑樁承擔(dān)滑坡推力的比例的影響較大，隨著抗剪強(qiáng)度參數(shù)的增大，對(duì)承擔(dān)滑坡推力比例影響越來越小。此外，土體內(nèi)摩擦角變化對(duì)抗滑樁的彎矩和剪力影響幅度比內(nèi)聚力變化影響更為顯著。