王　路

(湖南省武靖高速公路建設開發(fā)有限公司，湖南 武岡　422400)

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基于FLAC 3D的抗滑樁優(yōu)化設計探討

王路

(湖南省武靖高速公路建設開發(fā)有限公司，湖南 武岡422400)

抗滑樁在滑坡工程的治理中，應用廣泛。采用FLAC3D有限差分軟件對滑坡抗滑樁設計進行優(yōu)化。分析過程中地層模型選用摩爾-庫倫模型，抗滑樁采用樁單元，分別從設樁位置、樁長以及樁間距影響等方面進行了分析，獲得了較經濟合理的設計方案。

；滑坡；抗滑樁；FLAC3D；優(yōu)化設計

作為一種滑坡治理的主要措施，抗滑樁的使用非常廣泛。然而，抗滑樁的設計理論大部分都是建立在假設和近似的基礎上，設計結果保守，造成了滑坡治理資金的巨大浪費[1，2]。FLAC3D是巖土工程領域常用的一種有限差分軟件。在FLAC3D中使用強度折減法進行邊坡穩(wěn)定性分析，是一種常用的方法，已經得到了廣泛的認可[3，4]。本文擬采用FLAC3D軟件，通過強度折減法來探討抗滑樁的設計，以期對設樁位置、樁長以及樁間距等重要參數進行優(yōu)化，獲得較為經濟合理的設計方案。

1　工程概況

某滑坡區(qū)域處于低山丘陵地貌，勘察報告提供的地層參數如表1所示。邊坡現狀示意圖如圖1所示。通過傳遞系數法計算，得到該邊坡的穩(wěn)定性安全系數為0.96，處于臨界滑動狀態(tài)。

表1 勘察報告提供的地層參數層序巖土名稱天然重度γ/(kN·m-3)抗剪強度內聚力c/kPa內摩擦角?/(°)1殘坡積層18.520132全風化泥灰?guī)r19.05303強風化泥灰?guī)r2115304中風化泥灰?guī)r2310035

采用FLAC3D有限差分軟件進行數值模擬分析。分析過程中地層模型選用摩爾-庫倫模型，采用自編的強度折減法進行未加固邊坡穩(wěn)定性分析。各地層摩爾-庫倫模型中重度、內聚力和內摩擦角參數分別選取表1中的數據，其余參數選取如下：體積模量1.2e8 Pa，剪切模量4e7 Pa，抗拉強度1e6 Pa。FLAC3D計算得到的邊坡穩(wěn)定系數為0.97，x方向速度云圖及速度矢量圖如圖2所示。

圖1　邊坡現狀示意圖

圖2　x方向速度云圖及速度矢量圖

2　抗滑樁優(yōu)化設計

選擇抗滑樁對該邊坡進行加固，分別從設樁位置、樁長以及樁間距影響等方面進行分析，力求找到最優(yōu)的加固設計方案。

2.1結構參數選擇

數值分析中，地層模型仍選用摩爾-庫倫模型，選取表1所示的土體參數?？够瑯妒褂脴秵卧M行模擬，樁單元各參數選取如下(樁單元參數含義見文獻[4])：

2 m×3 m矩形樁參數：dens=2 500，emod=30e9，nu=0.25，xcarea=6，xciy=4.5 xciz=2，xcj=6.5，per=10，cs_sk=1.3e11，cs_scoh=2.0e5，cs_sfric=40，cs_nk=1.3e11，cs_ncoh=2.0e5，cs_nfric=40，cs_ngap=off。

2.2設樁位置優(yōu)化

分別在滑坡前緣部位距離剪出口位置6、9、12、15 m的地方設置25 m長的抗滑樁進行分析，選擇設樁的最佳位置。樁截面為2 m×3 m，樁間距為4 m。不同設樁位置的剪應變增量云圖如圖3所示。

圖3　不同設樁位置剪應變增量云圖

由上述云圖(圖3)與無加固邊坡剪應變云圖(圖2)進行對比分析可看出：設樁后最大剪應變增量均減小了。無加固邊坡最大剪應變增量位置即為剪出口位置。距離剪出口6 m及9 m設樁時，最大剪應變增量所在的地方均在樁頭所在的位置，認為在此兩個位置設樁，坡體后部也有可能形成越過樁頂的其他滑動面。在12 m及15 m位置設樁時，不會形成貫通的滑動面，最大剪應變增量位置仍在剪出口位置，認為在此兩個位置加固時，能阻擋住滑坡中部以及后緣的推力，樁體前部的滑坡前緣部分仍有可能產生局部的滑移，因此可在剪出口前方設置一道高3 m左右重力式擋墻，進一步提高邊坡穩(wěn)定性。再次比較安全系數，距離剪出口位置6、9、12及15 m設樁時的安全系數分別為1.03、1.14、1.52以及1.37。因此，綜合分析，認為在距離剪出口位置12 m處設樁最優(yōu)。

2.3樁長優(yōu)化

在距離剪出口12 m的位置布置20、25、30 m等長度的抗滑樁。樁截面為2 m×3 m，樁間距為4 m。剪應變增量云圖如圖4所示。由剪應變增量云圖對比可知，樁長越長，剪應變增量最大值越小，但25 m與20 m樁長之間的最大剪應變增量差值較大，25 m與30 m樁長之間的最大剪應變增量差值較小。再通過安全系數進行比較，20 m時安全系數為1.16，25 m時安全系數為1.52，30 m時安全系數為1.54。由此可見，樁長由20 m增加到25 m時，抗滑效果增加較明顯，由25 m增加到30 m時，抗滑效果增加不大。因此可選擇25 m作為設計樁長。

圖4　不同樁長時剪應變增量云圖

2.4樁間距對樁身內力影響分析

選擇在距離剪出口12 m處設樁截面為2 m×3 m的矩形樁，且樁長25 m，樁間距為4 m時，內力較大，初步計算需要配置36根Φ36鋼筋，配筋量較大，可考慮通過調整樁間距來優(yōu)化設計方案。樁間距分別設置為3、4、5 m進行計算。樁間距不同時，最大剪力、最大彎矩以及剪力為0(彎矩最

大)點與樁頂的距離統(tǒng)計結果如表2所示。由表可知，樁間距取4、5 m時剪力和彎矩較大，樁間距為3 m樁身內力值較為適宜。

表2 樁身內力值樁間距/m最大剪力/kN最大彎矩/(kN·m)剪力0點與樁頂距離/m333902065014463603380014567683790014

3　結論

通過傳遞系數法及FLAC3D強度折減法分析，未加固邊坡處于臨滑狀態(tài)。對抗滑樁加固邊坡進行數值模擬，通過各種分析，認為抗滑樁設置在距離剪出口12 m處，樁長設計為25 m，樁截面選擇2 m×3 m，樁間距為3 m，是一種較經濟合理的設計方案。該設計方案下，加固后邊坡穩(wěn)定安全系數為1.52，樁身最大剪力為3 390 kN，樁身最大彎矩為20 650 kN·m。該處設樁時，邊坡不會出現貫通的滑動面，但樁前的滑坡體仍然可能產生局部滑移，因此可以在剪出口下方設置約3 m高的重力式擋土墻，進一步增加邊坡前緣的安全性。

[1]馮文娟，琚曉冬.基于FLAC3D的抗滑樁設計方法研究[J].巖土工程學報，2011，33(S2)：256-259.

[2]陳新澤，鄭穎睿.基于FLAC3D的抗滑樁間距優(yōu)化設計研究[J].路基工程，2014(6)：135-139.

[3]鄭文棠.基于FLAC3D的強度折減法和點安全系數法對比[J].水利與建筑工程學報，2010(4)：54-57.

[4]左巍然，劉平.炭質頁巖蠕變特性及軟弱夾層邊坡穩(wěn)定性分析[J].湖南交通科技，2014(3)：1-4.

[5]陳育民，徐鼎平.FLAC及FLAC3D基礎與工程實例[M].北京：中國水利水電出版社，2009.

2016-06-29

王路(1986-)，男，主要從事高速公路建設管理方面的工作。

；1008-844X(2016)03-0021-02

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