抗滑樁土拱效應(yīng)的abaqus三維動(dòng)力模型研究

陸曉蝶　蔣建平

摘 要：抗滑樁樁間土體的土拱效應(yīng)使滑坡停止向前滑動(dòng)，該文分析了土拱效應(yīng)研究的現(xiàn)狀以及其在三維動(dòng)力方面研究的必要性，并基于Abaqus軟件，建立了在0.3 g加速度峰值下三維高切坡模型，對(duì)比研究了土體軟化之前和土體軟化之后，只存在重力的情況和施加地震荷載時(shí)土體的應(yīng)力和位移。

關(guān)鍵詞：土拱效應(yīng) 三維模型 動(dòng)力 abaqus

中圖分類(lèi)號(hào)：TU473.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）04（c）-0007-01

1 研究的目的及現(xiàn)狀

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人類(lèi)的活動(dòng)改變了原有的地質(zhì)環(huán)境，卻也誘發(fā)了大量的地質(zhì)災(zāi)害，其中尤以滑坡最為嚴(yán)重，而在滑坡的整治中抗滑樁以其施工簡(jiǎn)便，效果突出得到了廣泛的應(yīng)用。由于土拱的形成與否，對(duì)于抗滑樁是否發(fā)揮作用具有重要作用[1]，所以，研究樁間土拱效應(yīng)是非常必要的。

樁間土拱效應(yīng)既是由于受到滑坡推力，樁間土體和樁后土體產(chǎn)生不均勻的位移形成土拱，通過(guò)土拱將滑坡推力傳遞到兩側(cè)的抗滑樁，從而使滑坡停止向前滑動(dòng)。從以往的研究我們可以知道抗滑樁間土拱效果與抗滑樁間距，內(nèi)摩擦角以及粘聚力有關(guān)。隨土體粘聚力和內(nèi)摩擦角的增加，土拱效應(yīng)會(huì)更加明顯。而針對(duì)于我們的工程而言，樁間距若設(shè)置太大，則會(huì)造成樁間土體無(wú)法形成土拱，而若是樁間距過(guò)大，則會(huì)造成工程費(fèi)用上的浪費(fèi)，所以針對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，已有了除了經(jīng)驗(yàn)公式以外的一些計(jì)算模型。

王成華[2]通過(guò)模型假設(shè)，根據(jù)抗滑樁兩側(cè)摩阻力之和不小于樁間滑坡推力這一主導(dǎo)思想建立了靜力平衡方程，得到了樁間距的計(jì)算模型，但是他的不足之處在于沒(méi)有充分的考慮土拱的作用，也就是土體的強(qiáng)度。王乾坤[3]根據(jù)土體的強(qiáng)度條件，土的力學(xué)平衡即樁間土拱傳遞到樁前巖土體的應(yīng)力應(yīng)小于樁前滑體抗滑力和樁間土體的繞流阻力得出了樁間距計(jì)算公式，不足之處在于忽略了抗滑樁測(cè)摩阻力和滑坡推力之間的靜力方程。周德培[4]從拋物線形土拱效應(yīng)分析出發(fā)，綜合考慮樁間靜力平衡條件以及土的強(qiáng)度條件即土拱跨中和拱腳處截面為最不利處得出了土拱跨度的表達(dá)式。

總體來(lái)說(shuō)，現(xiàn)今對(duì)于土拱效應(yīng)的數(shù)值模擬一直停留在二維的平面上，而沒(méi)有對(duì)土拱的三維分布進(jìn)行探討，雖然Chen chien-Yuan[5]認(rèn)為采用平面應(yīng)變模型已經(jīng)能夠較好的模擬滑坡橫斷面上樁土相互作用的三維特征。但在滑坡的縱向上的研究還是有必要采取三維模型的研究的。同時(shí)對(duì)于土拱效應(yīng)的研究也只是在靜力方面，在動(dòng)力方面涉及不多，使用有限元軟件ABAQUS進(jìn)行的動(dòng)力分析更加的少。該文便是針對(duì)于此進(jìn)行了基于ABAQUS的土拱三維動(dòng)力研究。

2 基于ABAQUS的三維土拱研究

該文采用的工況是一高度為35 m的高切坡進(jìn)行三維有限元建模。下部滑床為碳質(zhì)千枚巖，上部滑體為卵石土，抗滑樁采用矩形截面。模型采用無(wú)限元進(jìn)行網(wǎng)格劃分，采用KOBE地震波，通過(guò)在地基底部施加地震加速度實(shí)現(xiàn)地震的荷載。

輸入的強(qiáng)度為地面加速度峰值0.3 g時(shí)。研究的方式即為：分別對(duì)比土體軟化之前和土體軟化之后，只存在重力的情況和施加地震荷載時(shí)不同深度土體的應(yīng)力和位移的不同。并得出以下結(jié)果：

（1）在重力作用下土體位移較小，隨著土體深度增加土體下滑推力增大，土拱軸線隨深度增加逐漸前移，土拱效應(yīng)受土體應(yīng)力影響較大；施加地震荷載之后土體產(chǎn)生較大位移，隨著土體深度增加位移減小，土拱效應(yīng)的分布與土中應(yīng)力的大小與土體位移的程度有關(guān)。

（2）邊坡土體未軟化時(shí)土體強(qiáng)度較高，土體楔緊效果較好，土拱結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性好，可以抵抗較高的下滑推力；土體軟化之后強(qiáng)度降低，土體無(wú)法很好的楔土拱緊，土拱強(qiáng)度降低，當(dāng)土遇到地震等因素土體產(chǎn)生較大下滑推力時(shí)會(huì)比較容易破壞，使抗滑樁失效。

（3）構(gòu)造了基于ABAQUS有限元軟件分析的初步的樁間土拱三維動(dòng)力研究設(shè)計(jì)，為今后的進(jìn)一步研究和實(shí)際的工程提供參考。

參考文獻(xiàn)

[1] 王樹(shù)洲.抗滑樁支護(hù)滑坡中土拱效應(yīng)機(jī)理及臨界樁間距研究[D].南京：南京大學(xué)，2012.

[2] 王成華.抗滑樁間土拱力學(xué)特性與最大樁間距分析[J].山地學(xué)報(bào)，2001，19（6）：556-559.

[3] 王乾坤.抗滑樁的樁間土拱和臨界間距的探討[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，27（8）：64-67.

[4] 周培德.邊坡工程中抗滑樁合理樁間距的探討[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2004，26（1）：132-135.

[5] CHEN Chienyuan.Numerical analysis of slope stabilization concepts using piles[D]the university of southern California，2001.endprint