符贵丽
重庆交通大学 土木工程学院，重庆 400041
摘要：由于公路边坡的复杂性与严重性，导致边坡灾害的防治技术具有多样性。抗滑桩具有抗滑力强，施工简单，经济适用等优点，是加固边坡常用的方法，尤其是当边坡滑动面确定，滑动面下覆底层强度较好的时候，更能体现他的加固优越性。本文采用有限元软件ABAQUS结合采用强度折减法对抗滑桩加固边坡进行稳定性分析，并确定其边坡稳定性安全系数。
关键词：抗滑桩；ABAQUS；强度折减法；边坡稳定性
一、引言
目前国内外对于滑坡防治处理措施主要包括以下几类：抗滑挡土墙、预应力锚索、抗滑桩、预应力锚索、抗滑桩植被护坡、边坡排水设施、植被护坡、喷设混凝土锚杆支护以及综合一种或多种加固设施的加固等方法[1]。当前在很多需要处理滑坡的大型灾害中通常采用结合一种或者是多种防治措施来共同防御，在这其中应用最广泛的是抗滑桩这一防治措施加固技术[2]。
二、 计算分析方法
强度折减法最早是由Zienkiewicz[3]等人提出的，因早期限于计算机网络技术，没有被广泛应用，如今被许多学者广泛应用。由于现如今科学技术的发达，计算机网络技术和有限元仿真技术的逐渐成熟，许多学者提出了结合有限元仿真技术和强度折减法的有限元强度折减方法理论，并且定义了抗剪强度折减系数的概念：在土体所能承受的外荷载没有改变时，边坡所能承受的最大抗剪强度和边坡实际产生的剪应力的比值即为抗剪强度折减系数。当边坡体内的所有土体处于同一状态时也就是抗剪强度处于同一发挥程度时，所谓的折减系数就跟我们传统的极限平衡法中的边坡稳定性安全系数的概念大致相同，也就是传统意义上的边坡整体稳定安全系数Fs，而折减后的抗剪强度指标公式如以下公式所示[4]。
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式中：c、 φ为土体抗剪强度指标， cm、φm 对应最大的折减系数抗剪强度指标，Fr是折减系数即边坡整体安全系数。
3 边坡案例计算模型
本文对采用单桩抗滑桩加固的无限长边坡进行有限元结合强度折减法进行分析，因边坡是均质无限长的土坡，故截取边坡的长度为20m进行有限元分析。如图1所示，该边坡模型边坡高度为10m，坡度比为1：1.5，桩位置距离坡脚距离为10.5m，桩长约为15.5m，桩的直径为0.8m，桩间距为3.2m,桩端距离土体底部2.0m。分析中土体采用理想线弹塑性Mohr-Coulomb模型,模型中不考虑剪胀角的作用，桩为弹性材料，桩土材料参数如表1所示。
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抗滑桩加固边坡网格划分图如图1所示，模拟时结构单元选取三维实体的C3D8单元，具有较高的精度。计算时所取得模型为弹塑性，其中对土体材料进行折减，折减参数依次取为F=0.5、F=0.75、F=1、F=1.25、F=1.5、F=1.75、F=2、F=2.25、F=2.5、F=2.75、F=3、F=3.25、F=3.5、F=3.75、F=4。有限元划分的网格根据区域划分为四边形和六边形为主的网格，不采用缩减积分。根据网格的划分确定模型的相关精度是否符合要求，需要做模型的网格检查看看是否有错误，如果出现提示警告的部分很小就可以直接忽略。
4 边坡稳定性计算结果
为了分析土质边坡中抗滑桩对边坡稳定性的安全系数，运用有限元软件ABAQUS结合强度折减法对该边坡进行建模分析。初始结果如图2所示：是土体初始应力云图，其呈现出一般的土体的应力规律，即由坡面向内应力增加。桩的底部被挤压，呈现被挤压的状态，土体初始应力呈层状分布。
如下图3、4所示是计算终止时的整体位移和塑性应变等值线云图，由计算结果云图可以清晰的看到边坡滑动面的位置，滑动面在经过桩时，其滑动面相应的塑性区也增大。桩的位置距离坡脚10.5m位置处，根据研究者的发现，抗滑桩处于中心线以上的位置能够更好的抵抗边坡失稳，发挥抗滑桩的最大作用[5]。
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图
Fig.3 Displacement contour map Fig.4 Contour map of plastic strain
本文桩的施工方法采用全埋式，即桩埋入在土体的稳定深层以下。在以往的研究中，抗滑桩总是默认的设置在土体稳定层内部，也就是说必须由一段的锚固段。根据朱泳[6]等人的研究发现抗滑桩桩长不同时，对于边坡的稳定性较大，当桩长是在5-7m这一范围时，滑动面是比较浅的并且是上下贯通时，边坡很容易发生土体失稳现象，而此时的抗滑桩很难从深部土体中获得抗力，也很容易发生倾倒；当抗滑桩桩长在10-17.5m这一范围内时，边坡的滑动面会被分成两部分且抗滑桩埋入更深，当桩长超过12.5m一定范围时，抗滑桩对边坡的稳定性起作用就不是很明显。本文模型中抗滑桩长度为15.5m，属于中长桩，典型的中长桩模式，研究发现能够较好的发挥抗滑桩的作用，对土体的滑倒倾覆具有良好拦截作用，对边坡失稳破坏发生滑坡现象具有较好的抵抗作用。
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如图6所示，为桩的变形图。由图所见，桩的最大变形为0.18133mm,最小变形为0.003642mm，变形是比较小的。桩的上部分产生较大了变形，而下部呈现较好的锚固状态，是典型的中长桩的变形模式。如图7可见，如果以位移拐点为评价是否失稳的标准，加固后的安全系数为2.52，跟没有加固之前的边坡相比边坡的稳定性增强了很多，未加固的边坡稳定性安全系数经过计算为1.42，可见抗滑桩对于边坡的加固有显著性作用。
5 结论
在该模型中采用的单排钢筋混凝土抗滑桩，根据有限元软件仿真模拟，可以得到以下结论：首先在进行建模的时候，应该保证粘聚力c和摩擦角的准确性，以便在后面对粘聚力c和摩擦角φ进行折减时具有一定的准确性；总之，抗滑桩在边坡的稳定性加固对提高抗滑桩的安全系数由较好的效果。目前在治理滑坡工程以及边坡处理工程中，针对不同的工况不同的抗滑桩已经取得了大量成功的可以借取的经验，而随着国名经济建设等的不断发展，抗滑桩的应用前景会更加广阔。
参考文献：
[1]乔恩春.采用折减法分析抗滑桩对土质稳定性影响[J].水科学与工程技术,2017(02):24-26.
[2]熊山铭.公路边坡灾害成因及防治技术[J].华东公路,2011(04):69-72.
[3]Zienkiewicz, O. CHUMPHESON, C. Humpheson, and R. W. Lewis. "Associated and non-associated visco-plasticity and plasticity in soil mechanics." Geotechnique 25.4 (1975): 671-689..
[4]戴自航,徐祥.边坡抗滑桩设计计算的三维有限元法[J].岩石力学与工程学报,2012,31(12):2572-2578.
[5]马建勋,赖志生,蔡庆娥,徐振立.基于强度折减法的边坡稳定性三维有限元分析[J].岩石力学与工程学报,2004(16):2690-2693.
[6] 朱泳,朱鸿鹄,张巍,施斌.抗滑桩加固边坡稳定性影响因素的参数分析[J].工程地质学报,2017,25(03):833-840.
作者简介：符贵丽（1997-），女，汉族，四川达州人，重庆交通大学硕士研究生，研究方向：岩土工程