蔣遠(yuǎn)芳

摘要：為研究巖土體力學(xué)參數(shù)對(duì)抗滑樁變形的影響，文章基于數(shù)值模擬，討論了巖土抗剪強(qiáng)度參數(shù)、彈性模量及泊松比對(duì)抗滑樁變形的影響。結(jié)果表明：數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)測結(jié)果吻合度較好，樁的水平位移隨深度先增大后減?。辉跇兜纳疃葹? m時(shí)，水平位移達(dá)到最大值24.1 mm，計(jì)算值為25.3 mm，相對(duì)誤差為4.7%；土體的彈性模量對(duì)樁水平位移的影響最顯著，內(nèi)摩擦角和粘聚力對(duì)其的影響基本相同，而泊松比對(duì)樁水平位移的影響基本可以忽略；實(shí)際工程中，對(duì)于軟土地區(qū)，為有效控制樁的水平變形，可采用旋噴和攪拌方式對(duì)樁體周圍土體進(jìn)行加固。

關(guān)鍵詞：抗滑樁；土體參數(shù)；變形特征；數(shù)值模擬；邊坡支護(hù)

中圖分類號(hào)：U417.1 A 32 102 2

0 引言

滑坡是全球性范圍內(nèi)廣泛發(fā)育的一種地質(zhì)災(zāi)害，由于其規(guī)模大、分布廣泛和危害性大，容易造成較大的社會(huì)影響。目前滑坡的相關(guān)研究主要集中于抗滑樁的受力性能及治理效果方面。侯超群等［1］基于三維數(shù)值模擬，系統(tǒng)地研究了影響抗滑樁加固效應(yīng)的敏感性因素分析。研究結(jié)果表明，不考慮土體抗剪強(qiáng)度參數(shù)時(shí)，邊坡傾角、地震作用、抗滑樁對(duì)邊坡安全系數(shù)有較大影響。平詩語等［2］基于有限差分強(qiáng)度折減法，系統(tǒng)地研究了滑坡模式對(duì)抗滑樁加固樁位與嵌固深度的影響，結(jié)果表明，推移式滑坡在邊坡中后部設(shè)置抗滑樁最優(yōu)，牽引式滑坡在邊坡的前部設(shè)置抗滑樁最優(yōu)。程盛［3］基于某高速公路路基邊坡治理中矩形截面抗滑樁的實(shí)際應(yīng)用。系統(tǒng)地分析了矩形樁的受力性能，以及水鉆法成孔工藝和鋼筋孔內(nèi)綁扎工藝，研究結(jié)果可為類似工程提供經(jīng)驗(yàn)。刁海珠［4］基于FLAC 3D數(shù)值模擬，研究了抗滑樁加固參數(shù)對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響，結(jié)果表明，一定范圍內(nèi)，邊坡穩(wěn)定性會(huì)隨著樁長的增加而提高。何文野等［5］基于FLAC 3D數(shù)值模擬研究了抗滑樁參數(shù)對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響，結(jié)果表明，樁間距和樁截面尺寸是影響邊坡的穩(wěn)定性的主要因素，而樁長度對(duì)其的影響較小。李永奎［6］基于有限元數(shù)值模擬研究了樁截面尺寸對(duì)巖堆三排樁力學(xué)特性影響，結(jié)果表明，三排樁中第二排樁的錨固長度應(yīng)大于第一排和第三排的錨固長度。金兆鑫［7］基于數(shù)值模擬研究了不同型式的抗滑樁治理效果，結(jié)果表明，實(shí)際工程中，矩形樁和圓形樁的受力特性基本一致，但矩形樁的施工難度和經(jīng)濟(jì)性要優(yōu)于圓形樁。

本文依托公路工程抗滑樁支護(hù)邊坡實(shí)際工程。開展Midas-GTS數(shù)值模擬計(jì)算，系統(tǒng)地研究了巖土體力學(xué)

參數(shù)對(duì)抗滑樁變形特性的影響，討論了巖土的抗剪強(qiáng)度參數(shù)、彈性模量及泊松比對(duì)抗滑樁變形的影響，研究成果可為相關(guān)工程設(shè)計(jì)及施工提供借鑒。

1 工程概況及數(shù)值模型

1.1 工程概況

某公路路堤邊坡，邊坡的高度為20 m，頂寬為12.5 m，底寬35 m，坡度約為20°。為了保證公路的安全運(yùn)營，擬對(duì)上方邊坡進(jìn)行加固處理。采用鋼筋混凝土抗滑樁及坡面網(wǎng)格梁進(jìn)行支護(hù)?？够瑯兜拈L度統(tǒng)一取為14 m，樁間距為6 m，截面尺寸為1.5 m×2 m。根據(jù)現(xiàn)場鉆孔資料顯示，巖層由上至下分別為：

（1）坡積土?；疑?灰褐色，成分主要是黏性土，含有大量的碎塊石和混凝土碎塊，松散，欠密實(shí)。平均厚度為2.3 m。

（2）粉質(zhì)黏土。褐色、青色等?？伤堋Ｖ饕煞譃轲ね?。平均厚度為9 m。

（3）強(qiáng)風(fēng)化泥巖。黃灰色。風(fēng)化嚴(yán)重，巖芯取樣為碎屑狀，遇水容易崩解。平均厚度為5 m。

1.2 數(shù)值模型

基于Midas-GTS軟件進(jìn)行建模與分析。建立邊坡數(shù)值模型如圖1所示。另外，為了減少應(yīng)力波在邊界處反射造成的影響，模型整體尺寸比樁的尺寸大得多。模型的邊界條件為：左右兩側(cè)約束水平位移，底部為約束豎向位移，頂面為自由面。網(wǎng)格尺寸為0.5 m?？够瑯逗椭尾捎昧簡卧M(jìn)行模擬，土體采用四邊形單元模擬。土體材料采用摩爾-庫侖本構(gòu)模型。計(jì)算中不考慮地下水以及孔隙水壓力的影響?？够瑯恫牧霞俣楦飨蛲?，采用彈性本構(gòu)模型模擬。巖土體的計(jì)算參數(shù)如表1所示。

2 計(jì)算結(jié)果與分析

2.1 數(shù)值模擬與實(shí)測結(jié)果對(duì)比

采用數(shù)值模擬計(jì)算了樁體位移隨樁深度的變形規(guī)律（圖2），結(jié)果表明樁的水平位移隨深度先增大后減小。在樁身＜6 m時(shí)，樁的水平位移隨樁長基本呈線性增大；當(dāng)樁長＞6 m時(shí)，樁的水平位移隨樁長基本呈線性減小。在樁的深度為6 m時(shí)，水平位移達(dá)到最大值，最大值為25.3 mm?？傮w來看，樁的最大水平位移滿足規(guī)范的安全性要求。這證明采用抗滑樁進(jìn)行支護(hù)是有效的。

2.2 土體彈性模量的影響

為了研究土體彈性模量對(duì)抗滑樁變形的影響，在保持其他條件不變的情況下，分別計(jì)算了彈性模量為原始值的0.8倍和1.2倍時(shí)，樁的水平位移隨深度的變化趨勢（圖3）。結(jié)果表明，樁的水平變形隨土體的彈性模量增大而減小，即土體越軟，樁變形越大。此外，三種彈性模量下，樁最大的水平位移發(fā)生在5 m深度處，抗滑樁的最大水平位移分別為36.2 mm、22.5 mm和15.3 mm。此外，當(dāng)土體的彈性模量由0.8倍增大至1.0倍時(shí)，樁的水平位移增大效應(yīng)比土體彈模由1.0倍增大至1.2倍時(shí)要小，證明樁的水平位移對(duì)土體剛度減小的影響更明顯。

2.3 土體內(nèi)摩擦角的影響

為了研究土體內(nèi)摩擦角對(duì)抗滑樁變形的影響，在保持其他條件不變的情況下，分別計(jì)算了內(nèi)摩擦角為原始值的0.8倍和1.2倍時(shí)，樁的水平位移隨深度的變化趨勢（圖4）。結(jié)果表明，樁的水平變形隨土體的內(nèi)摩擦角的增大而減小，即土體抗剪強(qiáng)度越高，樁變形越小。此外，3種內(nèi)摩擦角下，樁最大的水平位移發(fā)生在5 m深度處，抗滑樁的最大水平位移分別為31.8 mm、23.2 mm和18.1 mm。主要原因是，5 m深度處樁的水平約束作用最弱。當(dāng)土體的內(nèi)摩擦角由0.8倍增大至1.0倍時(shí)。樁的水平位移增大效應(yīng)比土體內(nèi)摩擦角由1.0倍增大至1.2倍時(shí)要大，證明樁的水平位移對(duì)土體內(nèi)摩擦角減小的影響更明顯。

2.4 土體粘聚力的影響

為了研究土體粘聚力對(duì)抗滑樁變形的影響，在保持其他條件不變的情況下，分別計(jì)算了粘聚力為原始值的0.8倍和1.2倍時(shí)，樁的水平位移隨深度的變化趨勢（后頁圖5）。結(jié)果表明，樁的水平變形隨土體的粘聚力增大而減小，即土體抗剪強(qiáng)度越高，樁變形越小。此外，3種粘聚力下，樁最大的水平位移發(fā)生在5 m深度處，最大位移分別為28 mm、24 mm和20 mm。當(dāng)土體的粘聚力由0.8倍增大至1.0倍時(shí)，樁的水平位移增大效應(yīng)比土體粘聚力由1.0倍增大至1.2倍時(shí)要大，證明樁的水平位移對(duì)土體粘聚力減小的影響更明顯。

2.5 土體泊松比的影響

為了研究土體泊松比變化對(duì)抗滑樁變形的影響，在保持其他條件不變的情況下，分別計(jì)算了泊松比為原始值的0.8倍和1.2倍時(shí)，樁的水平位移隨深度的變化趨勢（圖6）。結(jié)果表明，樁的水平變形隨土體的泊松比增大而減小，即土體越軟，抗滑樁的變形越大。此外，3種泊松比下，樁最大的水平位移發(fā)生在5 m深度處，最大位移分別為24.5 mm、23.1 mm和22.5 mm?？傮w來看，與土體的其他參數(shù)對(duì)抗滑樁變形的影響相比，泊松比變化對(duì)樁水平變形的影響較小，各泊松比數(shù)值下，樁的變形值基本相同。

3 結(jié)語

本文依托某公路邊坡防護(hù)工程，開展Midas-GTS數(shù)值模擬計(jì)算，系統(tǒng)地研究了巖土體力學(xué)參數(shù)對(duì)抗滑樁變形特性影響，討論了巖土的抗剪強(qiáng)度、彈性模量及泊松比對(duì)抗滑樁變形的影響，得到如下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）樁的水平位移隨深度的增大先增大后減小。在樁的深度為6 m時(shí)，水平位移達(dá)到最大值，最大值為25.3 mm。綜合來看，抗滑樁的加固效果是顯著的。

（2）土體的彈性模量對(duì)抗滑樁水平位移的影響最顯著。內(nèi)摩擦角和粘聚力的影響基本相同，而泊松比對(duì)樁水平位移的影響基本可以忽略。

（3）根據(jù)分析，實(shí)際工程中，為了有效控制抗滑樁的變形，應(yīng)適當(dāng)增加土體強(qiáng)度。尤其是對(duì)于軟土地區(qū)，為了有效控制抗滑樁的水平變形，可采用旋噴和攪拌等方式對(duì)樁體周圍土體進(jìn)行加固。

參考文獻(xiàn)

［1］侯超群，丁 瑩，孫志彬，等.抗滑樁加固邊坡三維穩(wěn)定因素的敏感性分析［J］.合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2022，45（8）：1 092-1 099.

［2］平詩語，夏元友，陳 晨，等.不同演化模式滑坡抗滑樁加固樁位與嵌固深度的影響分析［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2022，44（7）：67-74.

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［4］刁海珠.抗滑樁加固參數(shù)對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響的數(shù)值計(jì)算［J］.安徽建筑，2022，29（5）：144-145.

［5］何文野，范榮全，唐 楊，等.抗滑樁參數(shù)對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響研究［J］.人民長江，2020，51（S1）：191-195.

［6］李永奎.樁截面尺寸對(duì)巖堆三排樁力學(xué)特性的影響研究［J］.路基工程，2020（2）：87-92.

［7］金兆鑫.不同型式抗滑樁治理某多滑帶滑坡的加固效果研究［J］.蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2019，19（4）：19-22.

收稿日期：2023-09-06