抗滑桩与边坡夹角对抗滑桩抗滑效果研究

2017-08-30

四川水泥 2017年8期

(重庆交通大学土木工程学院，重庆 400074)

抗滑桩与边坡夹角对抗滑桩抗滑效果研究

胡海波

(重庆交通大学土木工程学院，重庆 400074)

基于抗滑桩与边坡坡面夹角的大小，采取定性分析和数值模拟的方法对抗滑桩的抗滑效果开展研究，得出了改变抗滑桩与边坡坡面的夹角（以下简称桩坡角）以及边坡坡角均能影响抗滑桩作用效果，当桩坡角约为90°时，抗滑桩对边坡作用效果最佳，此时的抗滑桩在土压力作用下的结果响应最小。

桩坡角；抗滑桩；边坡；抗滑效果

0 引言

在我国，每年因滑坡造成的经济损失数以亿计，滑坡灾害已经与洪水、地震灾害一同被作为全球性三大地质灾害，它们对人类的生命、财产安全造成了严重威胁。我国每年用于滑坡处理施工的抗滑桩超过上万根，单个抗滑桩就达数万元或十万元，可见采用抗滑桩治理滑坡是十分普遍且重要的技术手段，而且工程造价小则几十万，大则上千万。因此，对采用抗滑桩治理滑坡的抗滑效果的研究具有十分重要的意义。[1]

1 Ansys数值模拟分析

1.1 模型概况

选取某滑坡带的边坡，简化后建立有限元模型如图1所示。由于边坡为某一方向无限长的结构体，故采用二维模型进行分析。边坡考虑弹性和弹塑性两种材料，以边坡滑体沿着X轴方向的最大位移作为衡量抗滑桩对边坡作用效果的评价指标。X轴方向的最大位移越小，说明边坡的变形越小，抗滑桩作用效果越好。[3]

输入模型的参数如下，A1区域土体弹性模量为3×106Pa，泊松比为0.24，密度为2700，粘聚力9×105Pa，摩擦角为42°。A2区域土体弹性模量为2.9×106Pa，泊松比为0.25，密度为2500，粘聚力9×105Pa，摩擦角为40°。A3区域抗滑桩弹性模量为4×1010Pa，泊松比为0.3。

图1 ANSYS模型二维平面图

1.2 最佳桩坡角的分析确定

1.2.1 滑体最大位移与桩坡角、坡角的关系

采用ansys建立的边坡有限元模型，计算出滑体在不同桩坡角、边坡坡角时的最大位移值如表1，由表1绘制图2。

表1 滑体最大位移值和坡顶X方向最大位移值

由图2可知，在边坡坡角为40°～80°范围内，随着桩坡角的增大，最大位移值小幅度上升。当坡角较大时，桩坡角对最大位移值的影响较小，可忽略不计。

在桩坡角为67.5°～112.5°的范围内，随着坡角的增大，最大位移值随之增大，而且增长速率减小。由此，根据材料力学和平衡力学原理可分析得出，边坡模型符合实际，可由该模型分析推导其他理论参数。

1.2.2 由坡顶X方向最大位移确定最佳桩坡角

计算出边坡坡顶在不同桩坡角、边坡坡角时的X方向最大位移值如表1，由表1绘制图3。

图2 滑体最大位移与桩坡角、坡角的关系图

图3 坡顶X方向最大位移与桩坡角、坡角的关系图

由图3可知，在边坡坡角为40°～80°范围内，桩坡角在67.5°→90°时，X方向的位移减小；桩坡角在90°→112.5°时，X方向的位移增大。桩坡角约为90°时X方向的位移最小。因此90°为桩坡角的最佳值，此时抗滑桩对边坡的抗滑作用最大。故可建议实际工程中，在施工条件满足时，以90°作为桩坡角的设计建议值。

在桩坡角为67.5°～112.5°范围内，边坡坡角在40°→65°时，X方向的位移显著增大；边坡坡角在65°→80°时，X方向的位移显著减小。造成该现象的原因为坡角为40°→65°时，滑体自重逐渐增大，重心对滑动面上半部分（斜率较大，接近垂直）作用明显，使得X方向的位移随着滑体向下移动而增大；边坡坡角在65°→80°时，滑体自重进一步增大，重心对滑动面下半部分（斜率较小，接近水平）作用明显，使得滑体的作用力更多的作用在接近水平的滑动面上，故X方向的位移减小。