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        公路高邊坡抗滑樁優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

        2022-10-24 06:06:44何鐘千
        黑龍江交通科技 2022年11期
        關(guān)鍵詞:優(yōu)化分析

        周 浪,何鐘千

        (1.九江市公路發(fā)展中心廬山分中心,江西 九江 332900;2.九江市柴桑區(qū)交通運(yùn)輸局,江西 九江 332100)

        1 抗滑樁優(yōu)化方案設(shè)計(jì)

        在實(shí)地勘察過后,選取某高邊坡出現(xiàn)有較大裂縫且坡度較大,發(fā)生邊坡失穩(wěn)的可能性很大,所以對該高邊坡進(jìn)行治理,本試驗(yàn)采取在邊坡底部邊沿加固16根由C30鋼筋混凝土組成的抗滑樁作為治理方案,在“樁-土”系統(tǒng)中進(jìn)行模擬,相關(guān)實(shí)驗(yàn)?zāi)M參數(shù)見表1。

        表1 “樁—土”相關(guān)參數(shù)表

        2 抗滑樁的影響參數(shù)優(yōu)化分析

        2.1 樁位優(yōu)化分析

        該邊坡的潛在滑面處于中風(fēng)化巖層和全風(fēng)化巖層的不整合接觸面上,垂直方向上邊坡臨空面和潛在的滑動面的最大距離約18.5 m,現(xiàn)在要在該邊坡選四個樁位,分別用①表示在跛腳位置的樁,②表示在二級邊坡上部位置的樁,③表示在四級邊坡上部位置的樁,④表示坡頂位置的樁,進(jìn)行ABAQUS模擬試驗(yàn),不同樁位的計(jì)算結(jié)果見表2所示。

        由表2分析可知,加固后邊坡的水平位移和最大垂直位移都變小了,主要原因是加固在坡頂、四級邊坡上部、二級邊坡上部、坡腳這四個位置的抗滑樁起作用了,其中當(dāng)樁位處于坡腳(①號位)和坡頂(④號位)時,滑動面幾乎沒有發(fā)生移動,也就是說明這兩個位置的抗滑樁沒有起到保護(hù)效果;當(dāng)樁位處于四級邊坡上部(③號位)時,邊坡位移減小量最大,此時樁對邊坡的加固作用最明顯,支護(hù)效果最好。這四個位置樁位對應(yīng)的支護(hù)效果從大到小分別為:四級邊坡上部(③號位)>二級邊坡上部(②)>坡腳(①號位)=坡頂(④號位)。

        表2 “樁—土”評價指標(biāo)計(jì)算值

        圖1 Fs隨樁位的變化曲線

        由圖1可知,從穩(wěn)定系數(shù)(Fs)角度分析,從坡腳(①號位)到坡頂(④號位)對應(yīng)的Fs值從1.215→1.260→1.310→1.112變化,所以樁位處于四級邊坡上部(③號位)為最佳樁位。

        2.2 樁長優(yōu)化分析

        結(jié)合2.1分析得出的結(jié)果,選擇四級邊坡上部(③號位)的基礎(chǔ)上設(shè)置了七組不同的樁長進(jìn)行優(yōu)化分別為:31 m、32 m、33 m、34 m、35 m、36 m、37 m,其他樁的參數(shù)不變,通過采用ABAQUS對不同樁長下對應(yīng)的樁位移、穩(wěn)定系數(shù)Fs、邊坡的位移等,通過數(shù)據(jù)計(jì)算分析ABAQUS的計(jì)算結(jié)果見表3、圖2所示。

        表3 “樁—土”評價指標(biāo)計(jì)算值

        結(jié)合表3可知,樁長的減小,反而會導(dǎo)致邊坡的最大水平和豎直位移增加,即說明增加樁長能提高邊坡的抗滑性,間接可以說明最優(yōu)的樁長是34 m。

        圖2 穩(wěn)定系數(shù)隨樁長的變化曲線

        由圖2可以看出,從穩(wěn)定系數(shù)()角度分析,和樁長存在正相關(guān)關(guān)系,當(dāng)樁長達(dá)到35 m時,F(xiàn)S值趨于穩(wěn)定,由此可知,樁長36 m是個拐點(diǎn),且樁長在31~35 m區(qū)間邊坡的穩(wěn)定性會隨著樁長的增加而增加;但是其變化的長度對提高加固效果并不明顯,因此可以判斷最佳樁長為36 m。

        結(jié)合位移和樁長的變化關(guān)系分析,判斷最佳樁長為34 m,有穩(wěn)定系數(shù)和樁長的變化關(guān)系可知最佳樁長為36 m,綜上所述,從工程的安全性和經(jīng)濟(jì)性考慮,樁長35 m為最優(yōu)樁。

        2.3 樁間距優(yōu)化分析

        由2.1和2.2這兩節(jié)分析可知,該邊坡最佳樁長為34 m,最佳位置處于四級邊坡上部(③號位)?,F(xiàn)將在最佳樁長和樁位的情況下對樁間距進(jìn)行ABAQUS試驗(yàn)?zāi)M分析,設(shè)置五組樁間距分別為2 m、4 m、6 m、8 m、10 m,其他樁的因素不變。將不同樁間距下的穩(wěn)定系數(shù)、樁位移、邊坡位移等進(jìn)行比較分析,進(jìn)而得出最佳的樁間距。最終模擬試驗(yàn)結(jié)果見表4、圖3所示。

        表4 “樁—土”評價指標(biāo)計(jì)算值

        結(jié)合表4分析可知,隨著樁間距的增加邊坡的U1、和U2也跟著增加,也就是說明抗滑樁的加固效果會隨著樁間距的增加而減弱,由此可初步判斷,最優(yōu)的樁間距為4 m。

        圖3 穩(wěn)定系數(shù)隨樁間距的變化曲線

        由圖3可以看出,樁間距從4~8 m時對應(yīng)的安全系數(shù)減少量變大,即隨著樁間距的增大,安全系數(shù)Fs在減少,當(dāng)8 m之后,隨著樁間距的變化安全系數(shù)Fs值變化不明顯,趨于穩(wěn)定。所以,可以認(rèn)為最佳的樁間距為4 m。

        2.4 樁橫截面優(yōu)化分析分析

        從2.1、2.2、2.3這三個章節(jié)得到抗滑樁的最佳位置,最佳樁長和最佳樁間距,以此為前提,采用方樁對樁的橫截面面積進(jìn)行試驗(yàn)分析,設(shè)置五組方樁規(guī)格分別為:1.0 m×1.0 m、1.5 m×1.5 m、2.5 m×2.5 m、3.5 m×3.5 m、4.5 m×4.5 m,然后按照單一變量的試驗(yàn)原則,采用ABAQUS軟件分析得出不同樁橫截面長度對應(yīng)的穩(wěn)定系數(shù)、樁位移、邊坡位移等,通過數(shù)據(jù)比價分析選出最佳的樁橫截面規(guī)格。最終通過ABAQUS模擬得出的結(jié)果見表5和圖4,圖5所示。

        表5 “樁-土”評價指標(biāo)計(jì)算值

        從表5可以看出,當(dāng)樁截面從1.0 m×1.0 m增加到4.5 m×4.5 m的過程中,邊坡的U1、和U2隨著樁截面面積的增大而逐漸減小,說明樁的橫截面面積增加能提高邊坡的穩(wěn)定性。

        圖4 樁位移隨樁截面邊長的變化曲線

        從圖4可以看出,抗滑樁的U2整個過程都變化很小,而U1的值卻隨著樁橫截面面積的增大而減小,抗滑樁的U1值變化的拐點(diǎn)對應(yīng)樁的橫截面是大于2.5 m×2.5 m時,所以初步認(rèn)為最優(yōu)樁的橫截面面積為2.5 m×2.5 m的正方形樁。

        圖5 穩(wěn)定系數(shù)隨樁面積的變化曲線

        由圖5可以看出,樁截面面積的增大引起穩(wěn)定系數(shù)相對應(yīng)的增加,進(jìn)而可認(rèn)為抗滑樁截面積增大,可以提高加固效果。當(dāng)樁截面為2.5 m×2.5 m和3.5 m×3.5 m時,均能滿足邊坡的穩(wěn)定性要求,結(jié)合工程的經(jīng)濟(jì)性和邊坡的位移,最終判斷最佳的樁截面為2.5 m×2.5 m。

        3 結(jié) 論

        主要為研究公路高邊坡抗滑樁的優(yōu)化設(shè)計(jì),采用有限元分析軟件ABAQUS并結(jié)合相關(guān)理論知識對抗滑樁的影響參數(shù)及位移的變化規(guī)律進(jìn)行模擬分析,提出最優(yōu)的抗滑樁設(shè)計(jì)方案,研究結(jié)果表明:樁位、樁長、樁間距、樁橫截面等因素都會對抗滑樁方案產(chǎn)生明顯的影響。

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