劉輝

【摘 要】采用理論分析方法進(jìn)行預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁加固邊坡穩(wěn)定性分析存在假定較多、三維分析困難的問題。文章采用GTS NX軟件與有限元強(qiáng)度折減法相結(jié)合的模式，對預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁支擋結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行數(shù)值模擬。對相同地質(zhì)條件下的無樁、等截面樁、變截面樁進(jìn)行數(shù)值模擬，驗證預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁工程的有效性，對比兩種樁型的受力情況分析不同截面形式預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁的優(yōu)劣性。模擬研究結(jié)果表明，變截面抗滑樁與等截面抗滑樁受力狀態(tài)基本一致，但變截面抗滑樁可以適當(dāng)降低工程造價，可用于部分坡體加固設(shè)計時的備選方案。

【關(guān)鍵詞】邊坡穩(wěn)定性;三維數(shù)值模擬;預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁;有限元強(qiáng)度折減法

【中圖分類號】U418.55 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2020）03-0090-02

0 前言

本文采用GTS NX巖土數(shù)值模擬軟件與有限元強(qiáng)度折減法相結(jié)合的模式，對相同地質(zhì)條件下的無樁、埋入式等截面預(yù)應(yīng)力錨索樁、埋入式變截面預(yù)應(yīng)力錨索樁進(jìn)行數(shù)值模擬，驗證預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁的工程有效性，同時對比兩種樁型的受力情況分析不同截面形式預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁的優(yōu)劣性。這種方法既能考慮多個方向的破壞滑動的假定，使結(jié)果接近真實狀況，又能用工程界所認(rèn)知的安全系數(shù)來評價邊坡的穩(wěn)定性，應(yīng)用前景十分廣泛。

1 有限元強(qiáng)度折減法原理

在強(qiáng)度折減法中，安全系數(shù)的定義在本質(zhì)上與傳統(tǒng)極限平衡法是一致的?？辜魪?qiáng)度指標(biāo)如下：

將C1、φ1作為參數(shù)，計算到?jīng)]有收斂，將沒有收斂的階段視為破壞，并將該階段最大的強(qiáng)度折減率作為邊坡的最小安全系數(shù)，此時坡體達(dá)到極限狀態(tài)，發(fā)生剪切破壞，同時可以得到坡體的破壞滑動面。

2 GTS NX數(shù)值模擬

2.1 工程概況

貴合路K7+050-K7+130右側(cè)滑坡位于貴港市港南區(qū)木格鎮(zhèn)云垌村，該滑坡體影響區(qū)內(nèi)的交通?；麦w為剝蝕丘陵地貌，上覆第四系沖洪積黏性土及坡殘積黏土、含碎石黏土等，厚0.5～8 m，下伏泥盆系上～下統(tǒng)泥質(zhì)粉砂巖、砂巖、粉砂質(zhì)泥巖等，巖體較破碎?；瑒訋榉圪|(zhì)黏土，其強(qiáng)度計算參數(shù)為C=11 kPa、φ=11°?；聟^(qū)地下水類型可分為基巖裂隙水及第四系沉積物和崩塌堆積物孔隙水。因滑床為結(jié)構(gòu)完整性較好的巖層，其土抗力系數(shù)可視為常數(shù)。本例綜合有關(guān)的資料，其地基系數(shù)K=3×106 kN/m3，此時認(rèn)為1/n=0，即按“K法”計算。

2.2 防治工程主要技術(shù)參數(shù)

防治工程主要技術(shù)參數(shù)的選取是影響坡體穩(wěn)定性評價的重要因素。根據(jù)勘察報告提供的資料，綜合各個方面的影響因素，確定本次模型計算主要采用的防治工程主要技術(shù)參數(shù)為巖土體的密度（ρ）、彈性模量（E）、泊松比（μ）、黏聚力（C）和內(nèi)摩擦角（φ），具體數(shù)值見表1。

2.3 模型的建立

應(yīng)用CAD繪制工程實例中的土體及抗滑樁的二維模型，導(dǎo)入GTS NX中得到軟件中的二維模型。通過擴(kuò)展網(wǎng)格定義材料、屬性，將二維模型擴(kuò)展為三維模型。最終得到模型尺寸如下：模型長70 m，寬12 m，滑坡體前高25 m，后高50 m;等截面抗滑樁截面形式為B×H=2×1.5，樁的中心距離模型側(cè)面3 m，樁間距為6 m，距離滑坡體前部34 m，入土深度為25 m，非嵌固端長10 m;每根樁設(shè)置上下兩排錨索，自由段長度分別為18 m和15 m，上錨索施加600 kN預(yù)應(yīng)力，下錨索施加800 kN預(yù)應(yīng)力，二者與水平面夾角均為30°，變截面抗滑樁樁底截面形式為B×H=2×1.5，滑動面以上為變截面，樁頂截面形式為B×H=1×1.5，截面變化形式為線性變化。

建立總體模型后，對模型材料進(jìn)行定義，將其屬性賦予模型中的相應(yīng)網(wǎng)格，具體參數(shù)見表2、表3。

2.4 模型求解和結(jié)果分析

建立模型以后，對工況和邊界約束條件進(jìn)行設(shè)置，即可對建立的模型進(jìn)行求解。

從模擬結(jié)果來看，加入等截面、變截面預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁以后，邊坡的穩(wěn)定性有了明顯的改善。從三者的整體位移圖、塑性變形圖可以看出，加入預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁以后土體更加穩(wěn)定，位移、變形明顯變小。變截面預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁相較于等截面預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁，受力狀態(tài)基本一致，同樣可以達(dá)到邊坡穩(wěn)定性支護(hù)效果，可用于部分坡體加固設(shè)計時的優(yōu)選備選方案，但變截面形式的抗滑樁施工難度適當(dāng)變大。從數(shù)值模擬結(jié)果的樁—索整體位移圖及平均有效壓力圖來看，不同截面形式的預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁在相同受力狀態(tài)下，變截面預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁的滑動面位置更靠近樁頂。

3 結(jié)論

（1）預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁是一種合理有效的邊坡治理措施。對于埋入式錨索抗滑樁，變截面抗滑樁與等截面抗滑樁受力狀態(tài)基本一致，同樣可以達(dá)到邊坡穩(wěn)定的支護(hù)效果，但變截面抗滑樁可以適當(dāng)降低工程造價，可用于部分坡體加固設(shè)計時的優(yōu)選備選方案。

（2）從數(shù)值模擬結(jié)果的樁—索整體位移圖及平均有效壓力圖來看，不同截面形式的預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁在相同受力狀態(tài)下的變截面形式的滑動面位置更靠近樁頂。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]帥紅巖，韓文喜，趙晉乾.Midas/GTS軟件在邊坡三維穩(wěn)定分析中的應(yīng)用[J].地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)，2009，20

（3）：104-107.

[2]張德圣，林舸，胡彬華.預(yù)應(yīng)力錨索張拉施工若干向題與對策[J].路基工程，2008（4）：100-101.

[3]向欣，范雷，唐輝明.預(yù)應(yīng)力錨索在三峽庫區(qū)邊坡治理中的應(yīng)用[J].路基工程，2008（2）：49-51.

[4]LIU Yao-ru，WU Zhe-shu，CHANG Qiang，et al.Stability and reinforcement analysis of rock slope based on elasto-plastic finite element method[J].Journal of Central South University，2015，22（7）：2739-2751.

[5]王琰.巖土邊坡的有限元穩(wěn)定性分析[D].南京：河海大學(xué)，2006.

[6]曾亞武，田偉明.邊坡穩(wěn)定性分析的有限元法與極限平衡法的結(jié)合[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2005，24（2）：5355-5359.

[7]黃正榮.有限元強(qiáng)度折減法在邊坡三維穩(wěn)定分析中的應(yīng)用[J].工業(yè)建筑，2006，36（6）：59-64.

[8]蔣新龍，鄭明新.預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁受力狀態(tài)的有限元分析[J].華東交通大學(xué)學(xué)報，2004，21（2）：24-27.

[9]魏寧，傅旭東，鄒勇，等.預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁的有限元計算與應(yīng)用[J].武漢大學(xué)學(xué)報，2004，37（5）：73-76.

[10]洪濱.錨索抗滑樁有限元數(shù)值模擬及優(yōu)化設(shè)計[J].公路交通技術(shù)，2008，2（1）：19-22.

[11]王化卿，李傳珠，劉勵忠，等.預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁設(shè)計與施工[A].滑坡文集（第七集）[C].北京：中國鐵道出版社，1991.

[12]ZHAO Sang-yi，ZHENG Ying-ren，SHI Wei-min，et al.Analysis on safety factor of slope by strength reduction FEM[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2002，24（3）：343-346.

[13]趙杰.邊坡穩(wěn)定有限元分析方法中若干應(yīng)用問題研究[D].大連：大連理工大學(xué)，2006.

[14]北京邁達(dá)斯技術(shù)有限公司.Midas/GTS03AnalysisRef-

erence[R].2007.