抗滑桩合理桩间距的探讨

1、    抗滑桩合理桩间距的探讨    张家得+蒋建平摘 要：抗滑桩工程中滑坡推力的分布形式和推力的大小对于抗滑桩的布设具有重要意义，而在一些实际工程中，滑坡推力分布形式和大小是无法得到的。本文利用利用强度折减法得到一土坡发生滑坡时在设桩处产生的滑坡推力分布形式和推力大小。并根据得到的数据基于抗滑桩之间的土拱效应得到合理的桩间距。关键词：抗滑桩 强度折减法 滑坡推力 土拱效应：tu473.1 ：a ：1672-3791（2014）01（a）-0028-01滑坡是一种多发且能造成极大危害的斜坡地质灾害，往往伴随着交通中断、河道堵塞、厂矿被摧毁和村镇被掩理，给

2、人们造成巨大损失。因此，有关滑坡的防治研究一直为世人所关注。经过多年的工程实践和理论研究，国内外在滑坡防治的各个方面都取得了很大成就，其中支挡抗滑结构的发展应用尤为迅速。抗滑桩作为一种支挡抗滑结构物而广泛应用于滑坡及边坡的稳定性治理中。抗滑桩这种新型支挡结构，由于具有施工方便、速度快、工程量少和投资少等优点，因而发展较快。国内抗滑桩较多地应用于铁路、公路建设中滑坡治理，并取得了良好的效果。抗滑桩与滑坡体相互作用机理研究有以下两个方面。在理论研究方面，tomioito等（1975）根据塑性变形理论从单排桩角度提出了移动土体产生的极限侧压力计算公式。沈珠江（1961，1992）提出，完整的抗滑桩极

3、限设计方法应当包括各种可能的破坏验算，即应当包括土坡整体滑动验算，土体绕桩滑动验算和毁桩滑动验算。谢和平（2005）提出了考虑接触面效应的两体力学模型，并指出二者是一个工程体与地质体的组合体。目前，对于抗滑桩与滑坡体的相互作用的主要集中在抗滑桩滑体以上部分与滑体的相互作用。在这个方面主要有两种不同的观点，其一主要是基于桩间土体的外力平衡条件，主要代表有潘家铮（1980）提出的抗滑桩桩间距的上限解公式，王士川等（1997）提出的抗滑桩桩间距的下限解公式和王成华（2001）的最大桩间距估算模型；其二主要是考虑了桩后土拱的力学效应，兼顾了土拱的强度条件，主要代表有常保平（1998），周德培等（200

4、4）提出的基于桩后土拱效应的桩间距计算模型。关于土拱效应的起源，要追溯至1884年，英国科学家罗伯特（roberts）首次发现了“粮仓效应”：粮仓底面所承受的压力在粮食堆积到一定高度后达到最大值并保持不变，学者据此提出了拱效应的概念。太沙基（terzaghi，1943）通过著名的活动门试验证实了在土力学领域内也存在同样的拱效应，并将这种荷载从屈服土体转移到临近刚性边界的应力转移现象称为土拱效应。1 土坡发生滑坡时滑坡推力的研究抗滑桩桩间距是抗滑桩设计中的重要内容。桩间距设置的合理可以在抗滑桩之间形成土拱效应，抗滑桩和土拱一起抵抗滑坡推力，边坡的稳定。而滑坡推力的分布形式和大小直接影响着抗滑桩间

5、距的求解。对于滑坡推力的分布形式许多学者做了研究。潘家铮认为推力与岩土体变形情况和地基反力系数规律有关；林鲁生等认为散体构成的滑坡推力分布呈三角形分布，岩石滑坡呈矩形分布；国内铁道部第二勘测设计院徐良德认为无论当滑体为黏性土还是松散介质，下滑力基本上为三角形，合力的重心在滑动面上0.260.30h（h为滑动面以上桩长）。但这些研究都有一定的局限性，得出的结论都只适用于自己假设的土体类型。因此，本文根据强度折减法，运用大型有限元分析软件abaqus得到土坡发生滑坡失稳时作用于抗滑桩后的滑坡推力分布形式和大小。这里选用文献1中dawson等分析的一个均质土坡作为算例，土坡高为10m，坡角为45&#

6、176;，土坡为均质土坡，土体容重为=12.38 kpa，摩擦角=20°。在斜坡中部设置抗滑桩，桩宽为1 m，高为1 m，桩长6.5 m。运用abaqus软件建模分析，利用强度折减法得到发生滑坡破坏时的土坡形状和设桩处的滑坡推力。从计算结果可以看出，滑坡形状为圆弧形；提取抗滑桩从上到下的水平推力数据，根据提取的数据绘图，发现水平推力从坡顶至滑坡面近似为三角形分布，根据滑坡推力分布可以算得桩后单宽滑坡推力p=230.4 kn/m。根据夏永成2的研究，拱脚并没有发生在桩的正截面，而是在两桩之间的桩侧面，桩后正截面处土的水平推力小于桩间土拱区域。因此，计算抗滑桩间距选用根据桩间土拱效应得到

7、的公式进行计算，因此，采用文献3的基于桩间土拱效应的桩间距计算公式，其中l为桩间距；b为桩宽；a为桩高；c为粘聚力；h1为滑面处至坡顶的距离；p为单宽抗滑推力；为摩擦角。经计算得出l为2.2 m。为保证和施工方便取抗滑桩桩间距为2 m。这与实际工程中该边坡所采用的桩间距也是2 m，这说明可以采用上述计算抗滑桩间距的公式来确定桩间距。2 结语本文的创新点和结论有以下两方面。（1）本文运用大型有限元分析软件abaqus，运用强度折减法分析边坡失稳时作用于抗滑桩后的土压力的分布形式和大小，这同以前根据经验确定在准确性上有了改进。（2）综合分析前人对抗滑桩桩间距的研究，本文选用文献3计算桩间距的公式，

8、这一结果与工程实际选用的桩间距相一致，证明了此公式的合理性。参考文献1 费康，张建伟.abaqus在岩土工程中的应用m.北京：中国水利水电出版社，2010.2 夏永成.考虑桩-土相互作用的抗滑桩加固边坡设计方法研究d.大连：大连理工大学，2006.3 李长冬，唐辉明，等.基于土拱效应的改进抗滑桩最大桩间距计算模型j.地质科技情报，2010，29（5）：121-124.4 蒋建平，沈珏.岩土工程中的变刚度协调变形和内力问题探讨j.科技资讯，2012，11：67.5 熊良宵，李天斌.土拱效应在抗滑桩中的应用j.防灾减灾工程学报，2005，25（3）：275-277.endprint摘 要：抗滑桩工

9、程中滑坡推力的分布形式和推力的大小对于抗滑桩的布设具有重要意义，而在一些实际工程中，滑坡推力分布形式和大小是无法得到的。本文利用利用强度折减法得到一土坡发生滑坡时在设桩处产生的滑坡推力分布形式和推力大小。并根据得到的数据基于抗滑桩之间的土拱效应得到合理的桩间距。关键词：抗滑桩 强度折减法 滑坡推力 土拱效应：tu473.1 ：a ：1672-3791（2014）01（a）-0028-01滑坡是一种多发且能造成极大危害的斜坡地质灾害，往往伴随着交通中断、河道堵塞、厂矿被摧毁和村镇被掩理，给人们造成巨大损失。因此，有关滑坡的防治研究一直为世人所关注。经过多年的工程实践和理论研究，国内外在滑坡防治的

10、各个方面都取得了很大成就，其中支挡抗滑结构的发展应用尤为迅速。抗滑桩作为一种支挡抗滑结构物而广泛应用于滑坡及边坡的稳定性治理中。抗滑桩这种新型支挡结构，由于具有施工方便、速度快、工程量少和投资少等优点，因而发展较快。国内抗滑桩较多地应用于铁路、公路建设中滑坡治理，并取得了良好的效果。抗滑桩与滑坡体相互作用机理研究有以下两个方面。在理论研究方面，tomioito等（1975）根据塑性变形理论从单排桩角度提出了移动土体产生的极限侧压力计算公式。沈珠江（1961，1992）提出，完整的抗滑桩极限设计方法应当包括各种可能的破坏验算，即应当包括土坡整体滑动验算，土体绕桩滑动验算和毁桩滑动验算。谢和平（2

11、005）提出了考虑接触面效应的两体力学模型，并指出二者是一个工程体与地质体的组合体。目前，对于抗滑桩与滑坡体的相互作用的主要集中在抗滑桩滑体以上部分与滑体的相互作用。在这个方面主要有两种不同的观点，其一主要是基于桩间土体的外力平衡条件，主要代表有潘家铮（1980）提出的抗滑桩桩间距的上限解公式，王士川等（1997）提出的抗滑桩桩间距的下限解公式和王成华（2001）的最大桩间距估算模型；其二主要是考虑了桩后土拱的力学效应，兼顾了土拱的强度条件，主要代表有常保平（1998），周德培等（2004）提出的基于桩后土拱效应的桩间距计算模型。关于土拱效应的起源，要追溯至1884年，英国科学家罗伯特（rob

12、erts）首次发现了“粮仓效应”：粮仓底面所承受的压力在粮食堆积到一定高度后达到最大值并保持不变，学者据此提出了拱效应的概念。太沙基（terzaghi，1943）通过著名的活动门试验证实了在土力学领域内也存在同样的拱效应，并将这种荷载从屈服土体转移到临近刚性边界的应力转移现象称为土拱效应。1 土坡发生滑坡时滑坡推力的研究抗滑桩桩间距是抗滑桩设计中的重要内容。桩间距设置的合理可以在抗滑桩之间形成土拱效应，抗滑桩和土拱一起抵抗滑坡推力，边坡的稳定。而滑坡推力的分布形式和大小直接影响着抗滑桩间距的求解。对于滑坡推力的分布形式许多学者做了研究。潘家铮认为推力与岩土体变形情况和地基反力系数规律有关；林鲁

13、生等认为散体构成的滑坡推力分布呈三角形分布，岩石滑坡呈矩形分布；国内铁道部第二勘测设计院徐良德认为无论当滑体为黏性土还是松散介质，下滑力基本上为三角形，合力的重心在滑动面上0.260.30h（h为滑动面以上桩长）。但这些研究都有一定的局限性，得出的结论都只适用于自己假设的土体类型。因此，本文根据强度折减法，运用大型有限元分析软件abaqus得到土坡发生滑坡失稳时作用于抗滑桩后的滑坡推力分布形式和大小。这里选用文献1中dawson等分析的一个均质土坡作为算例，土坡高为10m，坡角为45°，土坡为均质土坡，土体容重为=12.38 kpa，摩擦角=20°。在斜坡中部设置抗滑桩，桩

14、宽为1 m，高为1 m，桩长6.5 m。运用abaqus软件建模分析，利用强度折减法得到发生滑坡破坏时的土坡形状和设桩处的滑坡推力。从计算结果可以看出，滑坡形状为圆弧形；提取抗滑桩从上到下的水平推力数据，根据提取的数据绘图，发现水平推力从坡顶至滑坡面近似为三角形分布，根据滑坡推力分布可以算得桩后单宽滑坡推力p=230.4 kn/m。根据夏永成2的研究，拱脚并没有发生在桩的正截面，而是在两桩之间的桩侧面，桩后正截面处土的水平推力小于桩间土拱区域。因此，计算抗滑桩间距选用根据桩间土拱效应得到的公式进行计算，因此，采用文献3的基于桩间土拱效应的桩间距计算公式，其中l为桩间距；b为桩宽；a为桩高；c为

15、粘聚力；h1为滑面处至坡顶的距离；p为单宽抗滑推力；为摩擦角。经计算得出l为2.2 m。为保证和施工方便取抗滑桩桩间距为2 m。这与实际工程中该边坡所采用的桩间距也是2 m，这说明可以采用上述计算抗滑桩间距的公式来确定桩间距。2 结语本文的创新点和结论有以下两方面。（1）本文运用大型有限元分析软件abaqus，运用强度折减法分析边坡失稳时作用于抗滑桩后的土压力的分布形式和大小，这同以前根据经验确定在准确性上有了改进。（2）综合分析前人对抗滑桩桩间距的研究，本文选用文献3计算桩间距的公式，这一结果与工程实际选用的桩间距相一致，证明了此公式的合理性。参考文献1 费康，张建伟.abaqus在岩土工程

16、中的应用m.北京：中国水利水电出版社，2010.2 夏永成.考虑桩-土相互作用的抗滑桩加固边坡设计方法研究d.大连：大连理工大学，2006.3 李长冬，唐辉明，等.基于土拱效应的改进抗滑桩最大桩间距计算模型j.地质科技情报，2010，29（5）：121-124.4 蒋建平，沈珏.岩土工程中的变刚度协调变形和内力问题探讨j.科技资讯，2012，11：67.5 熊良宵，李天斌.土拱效应在抗滑桩中的应用j.防灾减灾工程学报，2005，25（3）：275-277.endprint摘 要：抗滑桩工程中滑坡推力的分布形式和推力的大小对于抗滑桩的布设具有重要意义，而在一些实际工程中，滑坡推力分布形式和大小是

17、无法得到的。本文利用利用强度折减法得到一土坡发生滑坡时在设桩处产生的滑坡推力分布形式和推力大小。并根据得到的数据基于抗滑桩之间的土拱效应得到合理的桩间距。关键词：抗滑桩 强度折减法 滑坡推力 土拱效应：tu473.1 ：a ：1672-3791（2014）01（a）-0028-01滑坡是一种多发且能造成极大危害的斜坡地质灾害，往往伴随着交通中断、河道堵塞、厂矿被摧毁和村镇被掩理，给人们造成巨大损失。因此，有关滑坡的防治研究一直为世人所关注。经过多年的工程实践和理论研究，国内外在滑坡防治的各个方面都取得了很大成就，其中支挡抗滑结构的发展应用尤为迅速。抗滑桩作为一种支挡抗滑结构物而广泛应用于滑坡及

18、边坡的稳定性治理中。抗滑桩这种新型支挡结构，由于具有施工方便、速度快、工程量少和投资少等优点，因而发展较快。国内抗滑桩较多地应用于铁路、公路建设中滑坡治理，并取得了良好的效果。抗滑桩与滑坡体相互作用机理研究有以下两个方面。在理论研究方面，tomioito等（1975）根据塑性变形理论从单排桩角度提出了移动土体产生的极限侧压力计算公式。沈珠江（1961，1992）提出，完整的抗滑桩极限设计方法应当包括各种可能的破坏验算，即应当包括土坡整体滑动验算，土体绕桩滑动验算和毁桩滑动验算。谢和平（2005）提出了考虑接触面效应的两体力学模型，并指出二者是一个工程体与地质体的组合体。目前，对于抗滑桩与滑坡体

19、的相互作用的主要集中在抗滑桩滑体以上部分与滑体的相互作用。在这个方面主要有两种不同的观点，其一主要是基于桩间土体的外力平衡条件，主要代表有潘家铮（1980）提出的抗滑桩桩间距的上限解公式，王士川等（1997）提出的抗滑桩桩间距的下限解公式和王成华（2001）的最大桩间距估算模型；其二主要是考虑了桩后土拱的力学效应，兼顾了土拱的强度条件，主要代表有常保平（1998），周德培等（2004）提出的基于桩后土拱效应的桩间距计算模型。关于土拱效应的起源，要追溯至1884年，英国科学家罗伯特（roberts）首次发现了“粮仓效应”：粮仓底面所承受的压力在粮食堆积到一定高度后达到最大值并保持不变，学者据此提

20、出了拱效应的概念。太沙基（terzaghi，1943）通过著名的活动门试验证实了在土力学领域内也存在同样的拱效应，并将这种荷载从屈服土体转移到临近刚性边界的应力转移现象称为土拱效应。1 土坡发生滑坡时滑坡推力的研究抗滑桩桩间距是抗滑桩设计中的重要内容。桩间距设置的合理可以在抗滑桩之间形成土拱效应，抗滑桩和土拱一起抵抗滑坡推力，边坡的稳定。而滑坡推力的分布形式和大小直接影响着抗滑桩间距的求解。对于滑坡推力的分布形式许多学者做了研究。潘家铮认为推力与岩土体变形情况和地基反力系数规律有关；林鲁生等认为散体构成的滑坡推力分布呈三角形分布，岩石滑坡呈矩形分布；国内铁道部第二勘测设计院徐良德认为无论当滑体

21、为黏性土还是松散介质，下滑力基本上为三角形，合力的重心在滑动面上0.260.30h（h为滑动面以上桩长）。但这些研究都有一定的局限性，得出的结论都只适用于自己假设的土体类型。因此，本文根据强度折减法，运用大型有限元分析软件abaqus得到土坡发生滑坡失稳时作用于抗滑桩后的滑坡推力分布形式和大小。这里选用文献1中dawson等分析的一个均质土坡作为算例，土坡高为10m，坡角为45°，土坡为均质土坡，土体容重为=12.38 kpa，摩擦角=20°。在斜坡中部设置抗滑桩，桩宽为1 m，高为1 m，桩长6.5 m。运用abaqus软件建模分析，利用强度折减法得到发生滑坡破坏时的土坡形状和设桩处的滑坡推力。从计算结果可以看出，滑坡形状为圆弧形；提取抗滑桩从上到下的水平推力数据，根据提取的数据绘图，发现水平推力从坡顶至滑坡面近似为三角形分布，根据滑坡推力分