不同桩排间净距的h形抗滑桩的数值模拟研究.pdf
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1、第 29 卷第 9 期2023 年 9 月水利科技与经济Water Conservancy Science and Technology and EconomyVol.29 No.9September,2023收稿日期 2022-11-23作者简介 张 虹(1988-),女,浙江东阳人,工程师,主要从事水利水电工程测量工作.doi:10.3969/j.issn.1006-7175.2023.09.019不同桩排间净距的 h 形抗滑桩的数值模拟研究张 虹(深圳特别合作区土地整备局,广东 深圳 518000)摘 要目前,普通单桩已无法满足大推力滑坡的治理,采用 h 形抗滑桩支护十分必要。针对 h
2、形抗滑桩的桩排间净距对边坡治理效果及桩身内力是否有影响,结合具体大推力滑坡治理工程,利用有限元软件,在保证滑坡推力相同的同时,建立 h 形抗滑桩的边坡支护模型,并进行不同桩排间净距分组,进而对不同分组的支护效果与抗滑桩内力进行研究。结果表明:在相同滑坡推力作用下,桩排间净距对支护效果有显著影响,桩排间净距为 2H 时,边坡最稳定,稳定安全系数提高 30.19%。桩排间净距为 2H 时,对前后排桩内力的分配较为均匀,更能充分发挥其整体作用。研究成果可为类似滑坡治理时,h 形抗滑桩的选用与设计提供参考。关键词h 形抗滑桩;大推力滑坡;数值模拟;桩排间净距;内力分析中图分类号 TU473 文献标识码
3、 A 文章编号 1006-7175(2023)09-0092-041 概 述抗滑桩具有桩位设置灵活、对滑体扰动小等优势,在边坡治理中得到广泛应用。但随着实际大推力滑坡工程的出现,普通抗滑桩已无法满足实际工程抗滑能力的需求。而 h 形抗滑桩由于其独特的结构形式,常常被用于治理大推力滑坡。目前,许多学者对 h 形抗滑桩进行了相关研究。罗勇等1分别采用传统的深部位移测试手段和先进的 BOTDA 光纤传感测试技术,对 h 形抗滑桩在整个治理滑坡过程中的变形与内力响应进行测试,结果表明,在治理特大型滑坡过程中,h 形抗滑桩具有显著的效果。李兵等2通过数值模拟技术,对圆截面 h 形抗滑桩组合结构受力和变形
4、进行了分析,结果表明,圆截面 h 形抗滑桩前后排桩与连梁形成空间结构,使其变形减小,并能够承受更大的滑坡推力。赵玉博等3运用 FLCA3D 软件,分别对单桩与 h 形抗滑桩支护后的边坡进行了分析,结果表明,h 形抗滑桩支护后位移量较单桩减少 92.3%,支护效果更明显。宁宇等4通过 h 形桩耦合数值模型,对不同高程的支护效果进行了研究,结果表明,支护高程对支护效果有明显的影响,支护效果最佳位置在边坡中部。王晨涛等5通过平面刚架模型与弹性地基梁理论,对 h 形抗滑桩的内力进行了分析,结果表明,采用该分析方法的 h 形抗滑桩内力理论计算值与现场桩体监测值基本吻合。以上研究均未涉及对 h 形抗滑桩最
5、优前后排桩排间净距的研究,一定限度上影响了 h 形抗滑桩在实际工程中的选用。基于此,本文针对某大推力滑坡工程,利用有限元软件 MIDAS GTS,建立数值模拟分析模型,分析在不同前后排桩排间净距时,h 形抗滑桩的支护效果与其内力,并确定最优桩排间净距,为类似工程中 h 形抗滑桩的29张 虹:不同桩排间净距的 h 形抗滑桩的数值模拟研究第 9 期设计提供参考。2 工程概况该边坡由风化土、风化岩、基岩所构成,最危险截面见图 1;各岩土体物理力学参数见表 1。经现场勘测及计算分析得知,该边坡滑坡推力较大,普通单桩不足以抵抗滑坡推力,故采用 h 形抗滑桩进行支护。图 1 边坡最危险截面表 1 岩土体物
6、理力学参数类型重度/kNm-3 弹性模量/MPa黏聚力/kPa内摩擦角/()泊松比风化土183029220.33风化岩2630046320.28基岩349000125400.223 有限元模型3.1 模型建立本文采用有限元软件 MIDAS GTS 进行数值模拟,边坡岩土体采用 Mohr-Coulomb 本构模型,抗滑桩采用线弹性本构模型,边坡尺寸 182m112m,边坡有限元模型见图 2。图 2 有限元模型图抗滑桩采用 C30 混凝土,重度 25kN/m3,体积模量 1.146107kPa,剪切模量 1.28107kPa,抗滑桩截面尺寸 BH=2m3m,连梁顶面距后排桩桩顶面 8m,前排桩长
7、L1,连梁长 L2=桩排间净距 d,后排桩长为 L3=32m。抗滑桩构造图见图 3。图 3 抗滑桩构造图3.2 数值模拟分组为保证抗滑桩所受滑坡推力相同,h 形抗滑桩后排桩的位置保持不变。通过改变前排桩桩长与连梁长度,实现前后排桩排间净距的改变。考虑到工程造价因素,在不同数值模拟分组中,使后排桩长度保持不变,前排桩长度与连梁长度之和等于后排桩长度(定值),以此保证各分组抗滑桩造价相同。由于布桩位置与抗滑桩嵌固长度的限制,本文讨论的桩排间净距的范围为 1H5H,数值模拟各组参数见表 2。表 2 数值模拟各组参数桩排间净距d/m前排桩长度L1/m连梁长度L2/m前排桩+连梁/m后排桩长度L3/m1
8、H29332322H26632323H23932324H201232325H1715323239第 29 卷第 9 期2023 年 9 月水利科技与经济Water Conservancy Science and Technology and EconomyVol.29 No.9September,20234 数值模拟分析在相同滑坡推力作用下,对不同桩排间净距的 h 形抗滑桩支护的边坡进行运算求解,得到各组的 h 形抗滑桩对坡体的支护效果与其内力,并进行对比分析。4.1 边坡支护效果分析抗滑桩支护边坡前后,边坡的稳定安全系数、最大剪应变与位移的变化是评价支护效果好坏的重要指标。未支护状态与各分组
9、抗滑桩支护的边坡稳定安全系数、最大剪应变以及最大 X方向位移见表 3。表 3 边坡模拟相关系数状态稳定安全系数最大剪应变最大 X 方向位移/m未支护1.060.361.131H 支护1.250.130.622H 支护1.380.060.313H 支护1.360.050.354H 支护1.310.090.495H 支护1.270.110.71 由表3 可知,相对于未支护状态,经 h 形抗滑桩支护后,各分组的边坡稳定安全系数均有明显提升,但不同分组支护的稳定安全系数存在一定的差距。其中,当采用桩排间净距 2H 的抗滑桩支护时,边坡稳定安全系数达到所有分组中最高的 1.38,相较未支护状态提高 30
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