埋入式等（变）截面预应力锚索抗滑桩滑坡加固稳定性分析

刘辉

【摘 要】采用理论分析方法进行预应力锚索抗滑桩加固边坡稳定性分析存在假定较多、三维分析困难的问题。文章采用GTS NX软件与有限元强度折减法相结合的模式，对预应力锚索抗滑桩支挡结构体系进行数值模拟。对相同地质条件下的无桩、等截面桩、变截面桩进行数值模拟，验证预应力锚索抗滑桩工程的有效性，对比两种桩型的受力情况分析不同截面形式预应力锚索抗滑桩的优劣性。模拟研究结果表明，变截面抗滑桩与等截面抗滑桩受力状态基本一致，但变截面抗滑桩可以适当降低工程造价，可用于部分坡体加固设计时的备选方案。

【关键词】边坡稳定性;三维数值模拟;预应力锚索抗滑桩;有限元强度折减法

【中图分类号】U418.55 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2020）03-0090-02

0 前言

本文采用GTS NX岩土数值模拟软件与有限元强度折减法相结合的模式，对相同地质条件下的无桩、埋入式等截面预应力锚索桩、埋入式变截面预应力锚索桩进行数值模拟，验证预應力锚索抗滑桩的工程有效性，同时对比两种桩型的受力情况分析不同截面形式预应力锚索抗滑桩的优劣性。这种方法既能考虑多个方向的破坏滑动的假定，使结果接近真实状况，又能用工程界所认知的安全系数来评价边坡的稳定性，应用前景十分广泛。

1 有限元强度折减法原理

在强度折减法中，安全系数的定义在本质上与传统极限平衡法是一致的。抗剪强度指标如下：

将C1、φ1作为参数，计算到没有收敛，将没有收敛的阶段视为破坏，并将该阶段最大的强度折减率作为边坡的最小安全系数，此时坡体达到极限状态，发生剪切破坏，同时可以得到坡体的破坏滑动面。

2 GTS NX数值模拟

2.1 工程概况

贵合路K7+050-K7+130右侧滑坡位于贵港市港南区木格镇云垌村，该滑坡体影响区内的交通。滑坡体为剥蚀丘陵地貌，上覆第四系冲洪积黏性土及坡残积黏土、含碎石黏土等，厚0.5～8 m，下伏泥盆系上～下统泥质粉砂岩、砂岩、粉砂质泥岩等，岩体较破碎。滑动带为粉质黏土，其强度计算参数为C=11 kPa、φ=11°。滑坡区地下水类型可分为基岩裂隙水及第四系沉积物和崩塌堆积物孔隙水。因滑床为结构完整性较好的岩层，其土抗力系数可视为常数。本例综合有关的资料，其地基系数K=3×106 kN/m3，此时认为1/n=0，即按“K法”计算。

2.2 防治工程主要技术参数

防治工程主要技术参数的选取是影响坡体稳定性评价的重要因素。根据勘察报告提供的资料，综合各个方面的影响因素，确定本次模型计算主要采用的防治工程主要技术参数为岩土体的密度（ρ）、弹性模量（E）、泊松比（μ）、黏聚力（C）和内摩擦角（φ），具体数值见表1。

2.3 模型的建立

应用CAD绘制工程实例中的土体及抗滑桩的二维模型，导入GTS NX中得到软件中的二维模型。通过扩展网格定义材料、属性，将二维模型扩展为三维模型。最终得到模型尺寸如下：模型长70 m，宽12 m，滑坡体前高25 m，后高50 m;等截面抗滑桩截面形式为B×H=2×1.5，桩的中心距离模型侧面3 m，桩间距为6 m，距离滑坡体前部34 m，入土深度为25 m，非嵌固端长10 m;每根桩设置上下两排锚索，自由段长度分别为18 m和15 m，上锚索施加600 kN预应力，下锚索施加800 kN预应力，二者与水平面夹角均为30°，变截面抗滑桩桩底截面形式为B×H=2×1.5，滑动面以上为变截面，桩顶截面形式为B×H=1×1.5，截面变化形式为线性变化。

建立总体模型后，对模型材料进行定义，将其属性赋予模型中的相应网格，具体参数见表2、表3。

2.4 模型求解和结果分析

建立模型以后，对工况和边界约束条件进行设置，即可对建立的模型进行求解。

从模拟结果来看，加入等截面、变截面预应力锚索抗滑桩以后，边坡的稳定性有了明显的改善。从三者的整体位移图、塑性变形图可以看出，加入预应力锚索抗滑桩以后土体更加稳定，位移、变形明显变小。变截面预应力锚索抗滑桩相较于等截面预应力锚索抗滑桩，受力状态基本一致，同样可以达到边坡稳定性支护效果，可用于部分坡体加固设计时的优选备选方案，但变截面形式的抗滑桩施工难度适当变大。从数值模拟结果的桩—索整体位移图及平均有效压力图来看，不同截面形式的预应力锚索抗滑桩在相同受力状态下，变截面预应力锚索抗滑桩的滑动面位置更靠近桩顶。

3 结论

（1）预应力锚索抗滑桩是一种合理有效的边坡治理措施。对于埋入式锚索抗滑桩，变截面抗滑桩与等截面抗滑桩受力状态基本一致，同样可以达到边坡稳定的支护效果，但变截面抗滑桩可以适当降低工程造价，可用于部分坡体加固设计时的优选备选方案。

（2）从数值模拟结果的桩—索整体位移图及平均有效压力图来看，不同截面形式的预应力锚索抗滑桩在相同受力状态下的变截面形式的滑动面位置更靠近桩顶。

参 考 文 献

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