桩-土-边坡相互作用数值分析

■周鹏敏

（玉溪市水利建设大队 云南玉溪653100）

桩-土-边坡相互作用数值分析

■周鹏敏

（玉溪市水利建设大队 云南玉溪653100）

随着现代社会的不断发展，人口数量得到了快速地增长，使得大量的土地资源被占用。然而随着土地资源的减少使得人们不得不对现有的山体进行开挖，从而满足人们对住房的需要。也正是因为这种不当的开挖导致大量的边坡出现失稳现象，造成人们人身财产的损失。如何对有限的土地资源进行合理的利用又能减少滑坡带来的危害成为岩土工程人员需要解决的头等问题。本文就以桩-土-边坡相互作用数值分析为研究课题，系统的进行阐述和研究。

桩-土-边坡阻滑桩数值分析

桩-土-边坡相互作用机制是边坡阻滑桩设计的基本原理。在边坡的防护和加固工程当中防滑桩有着重要的应用价值，并且由于防滑桩的广泛应用，其目前已经成为当下解决桩-土-边坡相互作用问题的主要施工措施之一。阻滑桩在荷载的受力之下，因为桩-土-边坡之间发生的相互作用力，从而产生了土拱现象，这也是防滑桩应用的主要理论依据。由此可见，阻滑桩对于桩-土-边坡相互作用的数值分析具有非常重要的应用价值。

1　桩-土-边坡稳定性的强度折减贪塑性有限数值分析方法

1.1强度折减技术

对简单剖面的均质土坡来讲，能够准确的把握潜在破坏面的位置及其形状，因此可采用极限平衡法能比较快速的确定边坡的临界破坏面以及与之相对应的安全系数。然而，在具体的施工中无论是天然的边坡还是人工边坡其断面都比较的复杂，因此难以确定临界的滑动面的具体形状及其位置，这也就制约了传统极限平衡法的应用。强度折减弹塑性有限元方法，能够对这些问题进行有效的处理，并且还能考虑桩-土-边坡相互作用力的影响，并且对变形破的相关因素进行有效的分析，此外，强度折减弹塑性有限元方法还不需要假定滑移面的形状，从而大大的方便了安全系数的计算[1]。

1.2桩-土-边坡相互作用的计算方法

1.2.1有限元分析软件ABAQUS计算分析软件

对桩-土-边坡相互作用的计算方式多数都是采用有限元分析软件ABAQUS进行分析管理。现今世界上，有限元分析软件ABAQUS已成为最先进的非线性有限元力学分析软件，它可以分析桩-土-边坡相互间复杂的固体力学的安全系数[2]。

1.2.2有限元基本方程

在对桩-土-边坡的相互作用力的分析中不考虑空隙水压力的影响，其基本的计算方程如右：

平衡方程：

2　阻滑桩加固土坡稳定性的数值分析

2.1阻滑桩加固前边坡的稳定性分析

如下图所示，该边坡的高度为8米，坡度比为1:2，分别由上下两层组成，其中上层图的内摩擦角Ф=10度，粘聚力c=10KPa，容重r=19.6kN.m-3,变形模量为E=50MPa，泊松比v=0.35。其下层为基层岩室，且地下水位埋藏较深。边坡的左侧及其边坡的坡脚都是采用水平的约束条件，底部则采用固定的边界条件。

利用有限原数值计算不收敛作为最后的判断依据其所获得的边坡稳定安全系数为1.003，这与极限平衡法的解答基本一致。

2.2阻滑桩加固后边坡的稳定性分析

采用阻滑桩加固后的边坡的有限计算如下图所示。阻滑桩以单排的混凝土灌注桩为例，其桩径为d=0.5m两桩之间的距离为2.0D，其桩身嵌入基岩层以下为4.0m。整个阻滑桩体一共有12个单元，整体土体是1128个单元，其加固后的边界约束和加固前的边界约束力相同。依次对其进行数值分析。

边坡特征点无量纲位移与强度折减系数的变化关系图

3　桩-土-边坡相互作用数值分析的展望和建议

3.1桩-土-边坡相互作用数值分析的展望

阻滑桩在边坡的加固和防坍塌工程的加固得到了广泛的使用。其中的强度折减技术和有限元分析方法能够帮助施工工人针对边坡的毁坏位置和形状进行具体的判断和了解。然而因为桩-土-边坡相互作用之间较为复杂的关系使得桩-土-边坡相互作用之间的规律还没有彻底的解决，也正因如此，给后来的工程勘测人员和桩-土-边坡的调查人员提供了较为广泛的发展空间，虽然本文已经对桩-土-边坡之间的稳定性进行了系统的研究，但还有很多的不足之处需要修改，因此需要相关的研究人员对桩-土-边坡相互作用在此基础上在进行了解和分析[3]。

3.2桩-土-边坡相互作用数值分析的发展建议

现在桩-土-边坡相互作用方法主要是利用强度折减弹塑性有效元数值进行分析，虽然这种数值分析方式已经是现今为止最先进的数值分析方法之一，但是对于桩-土-边坡相互作用间的规律还有一些不完善的地方，所以还需要进行不断的完善。并且将有效元分析法与经典案例相结合，然后对桩-土-边坡的稳定性数值分析进行验证，并找出其中的不足，在此基础再系统的观察桩-土-边坡相互作用之间的影响因素及其规律发展，进而完善桩-土-边坡相互作用的数值分析。

4　结语

综上所述，随着人口数量的增长，使得土地资源明显出现了严重缺乏的现象，也正是因为这种缺乏使得很多的天然边坡和人工边坡遭到了人为的破坏，并出现了严重的失稳现象。桩-土-边坡相互作用机制是边坡阻滑桩设计的基本原理并在边坡的防护和加固工程当中防滑桩有着重要的应用价值，并且伴随着防滑桩的广泛应用，目前已经成为当下解决桩-土-边坡相互作用问题的主要施工措施。但是桩-土-边坡相互作用的数值分析方法上还存在着严重的不足现象，需要进一步的改善，才能促进边坡的防护加固具有更高的稳定性和较强的载荷力。

[1]年廷凯,徐海洋,刘红帅等.抗滑桩加固边坡三维数值分析中的几个问题 [J].岩土力学,2012,(8):2521-2526,2535.

[2]唐晓松,刘明维,叶海林等.基于ABAQUS的抗滑桩三维有限元分析 [J].地下空间与工程学报,2010,(z2):1614-1618.

[3]楼金其.抗滑桩加固岩质边坡稳定性的数值模拟分析 [J].铁道建筑,2012,(5):120-122.

U213.1+3[文献码]B

1000-405X（2016）-2-390-1