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基于统一强度理论的抗滑桩推力计算研究

发表时间：2021/6/16 来源：《建筑科技》2021年4月上作者：赵淑芹

[导读] 将统一强度理论的公式应用到抗滑桩推力计算中，研究在统一强度理论下边坡设置抗滑桩时，作用在抗滑桩上的推力与实测值以及摩尔库伦强度理论下的区别。并且分析统一强度理论参数以及中间主应力系数对抗滑桩推力的影响。同时分析了统一强度理论对土体内摩擦角和粘聚力的影响。

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摘要：将统一强度理论的公式应用到抗滑桩推力计算中，研究在统一强度理论下边坡设置抗滑桩时，作用在抗滑桩上的推力与实测值以及摩尔库伦强度理论下的区别。并且分析统一强度理论参数以及中间主应力系数对抗滑桩推力的影响。同时分析了统一强度理论对土体内摩擦角和粘聚力的影响。通过分析得出统一强度理论参数b和中间主应力系数μτ’对滑坡剩余下滑力的影响时不同的，不能简单的只以统一强度理论参数b来反映土体抗剪强度与传统摩尔-库伦准则的区别。
关键词:抗滑桩推力；统一强度理论；摩尔库伦强度理论；抗剪强度
中图分类号：TU431                                                  文献标识码：A
        1前言
        滑坡推力是边坡治理工程的基础资料，其值的合理性关系到边坡治理的成败，同时滑坡推力计算的准确度也关系到边坡治理的成本控制。传统的滑坡推力是按照应用摩尔库伦理论得到的传递系数法进行计算。摩尔库伦强度理论没有考虑中间主应力对土体强度的影响，计算结果偏于保守。根据国内外学者对中间主应力的研究表明中主应力对于土的抗剪强度的影响呈放大效应和区间效应[6]。
        2统一强度理论
        统一强度理论已成功应用于结构的弹塑性分析和弹粘塑性分析、大型水工结构、土木建筑结构、钻井分析、混凝土板的冲剪、平面应变滑移线场、平面应力特征场和轴对称特征场等很多领域 [5]。
        俞茂宏1990年提出的统一强度理论认为：当作用于双剪单元体上的两个较大剪应力及其面上的正应力影响函数达到某一极限值时，材料开始发生破坏[1][2]。其数学表达式为

3基于统一强度理论的抗滑桩推力计算
按《建筑地基基础设计规范》（GB 50007-2011）第6.4.3条第3款,当滑动面为折线形时，滑坡推力的计算公式如下：

3算例

        图1为摩尔-库伦强度理论下滑坡剩余下滑力沿纵坡长度的变化规律。图2为中间主应力系数为0或者1.0时统一强度理论下滑坡剩余下滑力沿纵坡长度的变化规律。从图中可以看出曲线变化规律以及数值是相同的。这也验证了当中间主应力系数为μτ’=0或1时不论b值取何值，统一强度理论等价于摩尔-库伦强度理论。而且中间主应力系数为0时，中间主应力系数为1时，，正好符合摩尔-库伦强度理论的假设条件。
        图3~图6为不同的中间主应力系数μτ’下，滑坡剩余下滑力在不同的统一强度理论参数b取值时，沿纵坡长度的变化规律。从图中看出滑坡剩余下滑力沿纵坡长度先增大后减小。统一强度理论下滑坡的剩余下滑力均小于摩尔-库伦强度理论下的滑坡剩余下滑力。
        图7为b=0.25时，滑坡剩余下滑力随μτ’的变化规律，从图中看出随着μτ’的增加，剩余下滑力先减小后增大。图8为μτ’=0.2时，滑坡剩余下滑力随b的变化规律，从图中看出随着b值的增大剩余下滑力在逐渐减小。所以统一强度理论参数b和中间主应力系数μτ’对滑坡剩余下滑力的影响时不同的。不能简单的只以统一强度理论参数b来反映土体抗剪强度与传统摩尔-库伦准则的区别。
        总结
        本文将统一强度理论应用的求解滑坡剩余下滑力的公式中，得出了滑坡剩余下滑力随统一强度理论参数b和中间主应力系数μτ’的变化规律，并与摩尔-库伦强度理论的结果做了对比。对比发现剩余下滑力低于摩尔-库伦强度理论求得的剩余下滑力。从而说明在相同的安全系数的情况下，统一强度理论能充分发挥材料的潜力，节约造价。
        同时本文还给出了土体粘聚力和内摩擦角随统一强度理论参数b和中间主应力系数μτ’的变化规律。并且统一强度理论参数b和中间主应力系数μτ’对土体粘聚力和内摩擦角的影响是不同的。但都提高了土体的粘聚力和内摩擦角。
        本文反映出土体的抗剪强度与中间主应力的大小是有关的，而且中间主应力的大小不同，对土体抗剪强度的提高程度是不同的。
参考文献
[1]刘建军，李跃明，车爱兰.基于统一强度理论的岩质边坡稳定动安全系数计算[J].岩土力学，2011，32（增刊2）：666-672.
[2]俞茂宏.岩土类材料的统一强度理论及其应用.岩土工程学报，1994，16（2）：1-9.
[3]俞茂宏，杨松岩，范寿昌，等.双剪统一弹塑性本构模型及其工程应用[J].岩土工程学报，1997，19（6）：2-10.
[4]范文，邓龙胜，白晓宇，俞茂宏.统一强度理论在边坡稳定性分析中的应用[J].煤田地质与勘探，2007，35（1）：63-66.
[5]俞茂宏，Oda Y，盛谦，等.统一强度理论的发展及其在土木水利等工程中的应用和经济意义[J].建筑科学与工程学报，2005，22（1）：24-41.
[6]刘金龙，栾茂田，袁凡凡，等.中主应力对砂土抗剪强度影响的分析[J].岩土力学，2005，26（12）：1931-1935.
[7]和海芳，祁生文，伍法权，贺可强.抗滑桩设计推力计算方法研究[J].工程地质学报，2008,16（5）：694-698.