摘要：支護(hù)樁是加固邊坡的一項(xiàng)重要工程措施，利用ABAQUS有限元軟件建立數(shù)值模型進(jìn)行分析，比較不同樁間距對(duì)土拱效應(yīng)的影響，分析土體各參數(shù)對(duì)樁、土的荷載分擔(dān)比的影響，另外，通過(guò)給模型施加初始應(yīng)力場(chǎng)的方式，研究不同圍壓下的樁的荷載分擔(dān)比的變化情況。其次采用土體強(qiáng)度參數(shù)折減法，系統(tǒng)地分析具有不同樁間距邊坡-支護(hù)樁系統(tǒng)，求得各種情況下的邊坡安全系數(shù)，總結(jié)出樁間距對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響。
1.引言
支護(hù)樁，亦稱抗滑樁，作為加固邊坡的一項(xiàng)重要的工程措施，在世界各地得到廣泛地應(yīng)用，然而一般的研究支護(hù)樁內(nèi)力的方法都是將樁與土分開(kāi)研究，而忽略了樁與土的相互作用，對(duì)于支護(hù)樁加固邊坡的作用機(jī)理還沒(méi)有統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。另外，支護(hù)樁形成的土拱效應(yīng)也是樁土相互作用的一種形式，至今為止，對(duì)于土拱效應(yīng)的認(rèn)識(shí)還不夠充分。因此進(jìn)行支護(hù)樁加固邊坡的數(shù)值模擬計(jì)算研究對(duì)于認(rèn)清支護(hù)樁的抗滑機(jī)制以及樁的土拱效應(yīng)有著深遠(yuǎn)的理論意義，同時(shí)對(duì)于邊坡加固工程中支護(hù)樁設(shè)計(jì)的合理、安全、經(jīng)濟(jì)等有著重要的現(xiàn)實(shí)價(jià)值。
2.土拱效應(yīng)
2.1基本假定以及計(jì)算模型
2.1.1基本假定
將研究對(duì)象簡(jiǎn)化為平面問(wèn)題，樁體采用方樁。假設(shè)方樁的邊長(zhǎng)為b，樁間距為s，樁前后土體范圍取為25b，同時(shí)模型左右邊將x方向約束，下邊將y方向約束，上邊施加均布荷載。土體采用基于Mohr-Coulomb屈服準(zhǔn)則的理想彈塑性模型，樁采用彈性材料模擬，樁土接觸面上的共同作用采用庫(kù)侖摩擦模擬。
2.1.2計(jì)算模型
取方樁的邊長(zhǎng)b=2m，樁間距s=4b=8m，樁與土摩擦系數(shù)，均布荷載p=15kpa。土體以及樁的參數(shù)見(jiàn)表1。
2.2土拱效應(yīng)計(jì)算結(jié)果分析
2.2.1土體參數(shù)對(duì)土拱效應(yīng)的影響
可以看出隨著內(nèi)摩擦角的增大，樁的荷載分擔(dān)比也增大，土拱效應(yīng)越明顯。另外，當(dāng)粘聚力較小時(shí)，這種影響更顯著。
可以看出隨著粘聚力的增大，樁的荷載分擔(dān)比增大，土拱效應(yīng)越明顯。但是粘聚力增大到一定程度時(shí)這種影響作用反而變小。
2.2.2圍壓對(duì)土拱效應(yīng)的影響
將上面s=5b的平面模型擴(kuò)展為1m厚的三維模型，其他參數(shù)不變（見(jiàn)表1）。然后通過(guò)對(duì)該模型施加初始應(yīng)力場(chǎng)的方式，分別對(duì)圍壓為0kpa、13kpa、26kpa、52kpa、86.7kpa、130kpa、173.3kpa的情況進(jìn)行計(jì)算，分析不同的圍壓對(duì)樁的荷載分擔(dān)比的影響?？梢钥闯鍪┘拥膰鷫狠^小時(shí)，對(duì)土拱效應(yīng)的影響較明顯，當(dāng)圍壓增大到一定數(shù)值時(shí)，圍壓對(duì)土拱效應(yīng)基本上沒(méi)有影響。
3.支護(hù)樁的布置形式對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響
3.1基本假設(shè)及計(jì)算模型
本章將利用ABAQUS有限元軟件建立一個(gè)三維的有限元模型，模型的幾何尺寸，邊坡坡高為10m，縱長(zhǎng)為15m，坡度為1：1.5，土體重度支護(hù)樁采用方樁，邊長(zhǎng)b=2m，樁間距s=3b。土體采用基于Mohr-Coulomb屈服準(zhǔn)則的理想彈塑性模型，樁采用彈性材料模擬，樁土接觸面上的共同作用采用庫(kù)侖摩擦模擬。樁與土的摩擦系數(shù)為0.5。
3.2計(jì)算結(jié)果分析
設(shè)支護(hù)樁的中心軸到坡腳的水平距離為，邊坡的水平總距離為
L。取的位置處，對(duì)支護(hù)樁的樁間距分別為s=3b、5b、7b進(jìn)行
分析計(jì)算。下面將對(duì)比不同樁間距對(duì)于邊坡穩(wěn)定性的影響。
對(duì)比可以看出，隨著樁間距的增大，最大的等效塑性應(yīng)變值增大，等效塑性應(yīng)變的區(qū)域也增大，邊坡的穩(wěn)定性降低，破壞的可能性越大。
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可以得出：隨著樁間距的增大，邊坡安全系數(shù)降低，樁加固邊坡的作用越來(lái)越小，邊坡也就越不穩(wěn)定。
4.結(jié)論
本文應(yīng)用ABAQUS有限元軟件，模擬分析邊坡支護(hù)樁的作用機(jī)理，就土拱效應(yīng)以及支護(hù)樁的布置形式對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響進(jìn)行了研究，通過(guò)計(jì)算得到如下結(jié)論：
1）隨著樁間距的增大，樁的荷載分擔(dān)比減小，土拱效應(yīng)越不明顯。
2）隨著土體內(nèi)摩擦角的增大，樁的荷載分擔(dān)比增大，即樁承擔(dān)的荷載增大。內(nèi)摩擦角越大這種影響越小。
3）隨著土體粘聚力的增大，樁的荷載分擔(dān)比增大，土拱效應(yīng)越明顯；當(dāng)粘聚力繼續(xù)增大時(shí)這種影響變小。
4）當(dāng)圍壓較小時(shí)，隨著圍壓的增大，樁的荷載分擔(dān)比增大；當(dāng)圍壓增大到一定數(shù)值時(shí)，圍壓對(duì)樁的荷載分擔(dān)比基本沒(méi)有影響。
5）樁位一定時(shí)，隨著樁間距的增大，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)減小，邊坡穩(wěn)定減弱，邊坡破壞的可能性增大；
6）對(duì)于設(shè)有支護(hù)樁的邊坡而言，邊坡破壞時(shí)，塑性區(qū)主要發(fā)生在樁側(cè)，而兩樁之間的土體塑性變形很小，而且越靠近中間，塑性變形越?。?/div>
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