基于ABAQUS的滑坡抗滑桩推力分布模式的研究

王正飞　蒋建平

摘 要：在一般的滑坡整治工程中，滑坡作用在抗滑桩上的推力分布模式直接影响着桩体内力的大小、分布特征以及桩体的变形。因此，抗滑桩及滑坡相互作用机理的研究对抗滑桩设计的合理性有着重要意义。该文从滑坡及抗滑桩的受力机理出发，选取某一滑坡体进行分析研究，运用ABAQUS有限元软件对其建立3D模型，对抗滑桩桩侧所受应力进行分析并得出其应力曲线。将所得的应力曲线与前人所做室内模型试验进行比对发现，基于ABAQUS的滑坡抗滑桩模型分析是较为合理的。

关键词：滑坡 抗滑桩 推理分布模式 ABAQUS

中图分类号：TU47 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）02（a）-0061-02

早在上世纪30年代，人类就开始将抗滑桩应用于滑坡工程中。无论是在理论研究还是在工程实践、试验方面，前人对滑坡、抗滑桩作了大量的工作。关于桩后滑坡推力分布模式的研究，各国在计算桩后滑坡推力大小的计算结果一般差别不大。但在滑坡推力分布模式上有很大分歧，这也直接关系到滑动面以上抗滑桩内力计算的准确性，进而影响滑动面以下桩身内力计算的准确性，从而影响抗滑桩结构设计的合理性[1]。

在理论方面，滑坡推力的分布模式有三角形、矩形和梯形等。国外多将滑坡体视为散体，适用三角形分布；而国内则多用矩形分布。根据王恭先[2]的研究：当滑体的黏聚力较大（如黏土、土夹石、岩石等）时，其推力分布模式近似为矩形；当滑体是以内摩擦角为主要抗剪特性的堆积体（如砂土）时，其推力分布模式近似为三角形；介于二者之间的，可按梯形分布。对于滑动面以上土体抗力的分布模式，一般均按三角形考虑。在试验方面，肖世国[3]得出：在桩体受荷段的中上部通常滑坡推力随着距离桩顶深度逐渐增大，而在桩体受荷段的中下部，桩后侧滑坡推力会相应有所减小，桩后侧滑坡推力的分布模式呈中间大两端小的近似抛物线型特征。

该文主要通过研究抗滑桩桩前桩后滑坡推力应力曲线，并于相关理论、试验相结合，从而探讨滑坡抗滑桩推力分布模式。

1 ABAQUS有限元模型的建立

模型如图1、图2所示，长为32m，宽为18m，高位26m；桩为矩形桩，长边为1.5m，短边为1m，桩高15m，桩间距3.5m。滑坡设置滑动面，分为滑体、滑床。対滑体采用强度折减法，将其黏聚力、摩擦角进行优化设置。桩端与土体采用Tie接触，桩侧与土体采用Contact接触；网格划分时，桩采用C3D8R实体单元，土体采用C3D4实体单元；桩采用理想弹性模型，土体采用理想弹塑性模型。桩和土体的参数如表1所示[4]。

2 抗滑桩应力分析及验证

2.1 抗滑桩桩前、桩后侧应力分析

如图3、图4中，自左至右分别为1#、2#、3#、4#桩。从图中明显可以看出在距桩顶8～10m处出现了应力集中现象，表明抗滑桩在此处受到的滑坡推力值最大。

由图5、图6可知，应力在距离桩顶约 8.5m处达到峰值，此处的滑面距桩顶约8m，于是可推知合力作用点在滑面以下； 图5、图6中四条应力曲线均为开口向下的抛物线，且与三角形十分接近，因此可将其滑坡推力分布模式近似为三角形分布。

再将抗滑桩前后两侧的应力曲线进行比较发现，桩前侧应力明显稍高于桩后侧应力。这似乎与实际情况不相符合，造成该现象的原因就在图3、图4中。在重力作用下滑体产生了向下（从桩后向桩前方向）运动，从而使土体产生了一定的位移增量，正是由于此位移使得抗滑桩发生了弯曲变形，进而使桩前产生挤压，使桩前侧的应力大大增加。于是造成了桩前侧所受应力大于桩后侧所受应力的情况。但是，即便抗滑桩自身存在压应力，桩前土体抗力的作用也是不能忽视的[5]。

2.2 结果验证

模型结果表明土质滑坡体的推力分布模式近似为三角形分布，此结果与王恭先理论及国外理论较为吻合；再与试验模型进行比较，该模型抗滑桩后侧应力曲线为抛物线，与肖世国的试验模型吻合。

3 结语

（1）对于土质滑坡，滑动面以上土体抗力的分布模式可近似为三角形分布，且其主要应力集中在滑面附近，合力作用点在滑面以下。

（2）由于桩自身的弯曲变形，使得桩前侧所受应力稍高于桩后侧的应力，但是桩前侧的土体抗力的作用不能忽视。

参考文献

[1] 戴自航.抗滑桩滑坡推力和桩前滑体抗力分布规律的研究[J].岩石力学与工程学报，2002，21（4）：517-521.

[2] 王恭先.抗滑支挡建筑物的发展动向[C].滑坡文集（第十三集）.北京：中国铁道出版社，1998：60-64.

[3] 肖世国.似土质边（滑）坡抗滑桩后滑坡推力分布模式的近似理论解析[J].岩土工程学报，2010（1）：120-123.

[4] 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，2010.

[5] 李恒，仼青阳，宁龙飞.堆积层滑坡推力沿抗滑桩桩身分布规律研究[J].人民长江，2013，44（13）：35-38.