关键词：
边坡加固；边坡稳定性；桩位；数值分析；弹性模量；
王晓芳（1984—），女，讲师，硕士，主要研究方向工程建设技术。邮箱：2453412669@qq.com；
基金：
国家重点研发计划（2018YFC0407102）； 2018年湖南省普通高等学校青年骨干教师培养项目；
引用：
王小芳，夏灵琼。抗滑桩强度及桩位因素对边坡稳定性影响研究[J].水利水电技术， 2020, 51(8) : 152-158. 王晓芳， 夏令琼.基于抗滑桩强度和桩位因子的边坡安全稳定研究J.水利水电工程， 2020, 51(8) : 152-158。
0 引 言
随着加固设计理论和实用技术的不断完善，边坡控制技术和抗滑桩支护结构也得到了很大的优化和升级。与以往边坡抗滑桩加固理论研究相比，重点是通过建模方法来分析土体侧向移动对桩体的影响。通常，分析桩力平衡的方法需要假设抗滑桩的受力形式和边坡滑动条件，不能反映桩-坡耦合情况和边坡的滑动特性。目前，不少学者都针对桩位变化对边坡稳定性的影响进行了重点研究，最优桩位布置的结果也不一致。最佳位置主要研究包括以下几个方面： 坡体中部、坡体下部、坡体上部、坡体中下1/3。上述研究均未考虑抗滑桩的安放位置对其内力的影响，目前探索抗滑桩内力分布的模型和方法大多采用刚体极限平衡理论进行分析，而采用有限元进行应力分析的文章较少。因此，结合前人的研究思路，抗滑桩加固模型和边坡管理方法不断融入计算机技术，特别是采用数值分析方法与有限元法或有限差分法相结合，可以提供抗滑桩加固模型和边坡管理方法。 - 幻灯片信息。桩加固斜坡的数字建模提供了新的解决方案。文献[11]结合桩体受力情况和FLAC软件对边坡稳定性进行分析，并基于边坡应力与桩体应力指数的平衡系数进行论证。文献[12, 13]利用FLAC分析软件对含抗滑桩边坡的应力稳定性进行了优化，总结了桩的放置对边坡加固效果和工程质量的影响。
然而，在抗滑桩数值分析中，仍有两个重要问题需要解决。 一是桩位对桩身内力、位移及边坡滑动面的影响；二是如何选择抗滑桩的弹性模量。目前，对于抗滑桩工程模型设计，主要考虑抗滑桩的长度。在桩位选择时，以边坡稳定系数作为核心指标，没有关注不同桩位对内力、位移和边坡滑动面的影响。另外，以往的数值模拟只关注单一因素，没有分析多因素之间的关系，可能会导致优化结果出现较大误差。例如，在钢筋混凝土抗滑桩工程设计中，对抗滑桩弹性模量数值选取研究较少，取值规定不严格，通常参考工程经验确定。弹性模量指数对边坡稳定性、桩内力和位移的影响程度还有待研究。
1 抗滑桩内部受力建模分析
1.1 选择型号
图1 边坡有限元计算模型
表1 土体力学参数
1.2 选择指标
根据文献[15]，抗滑桩的强度比是指复合地基中桩体与地基土的相对刚度。建议桩体刚度比定义如下
式中，k为初始土层的强度比； 为锚固桩的柔度指数； 为锚固桩长径比； E为锚固桩本身的弹性模量； G、E、v分别为土层的剪切模量、变形模量和泊松比； r为抗滑桩半径； L为抗滑桩的长度。为了便于工程计算，在抗滑桩长度L和抗滑桩间土层泊松比v一定的前提下，可近似认为抗滑桩的强度比为： - 滑移桩仅与抗滑桩和抗滑桩有关。土层的模量与两个信息量有关，即公式表示为
1.3 不稳定准则
结合文献[14]中描述的折减系数指标，可以定义边坡滑动面的稳定性，将待分析的边坡土体近似视为弹塑性结构。选择M-C原理，分析如下。
式中，I为应力第一不变张量； J代表应力第二不变偏量； 表示洛德角；其参数的解可以在文献中找到。
如果直接采用上述原理，在工程计算中数值可能不收敛，因此需要进行相应的修正。即采用外角点和内角点外接圆或内切圆的M-C原理作为校正原理，有利于数值模型计算中尽快实现收敛。结果。最后将计算出的值代入文献中描述的折减系数指标进行计算。当边坡滑面的最小安全系数超过临界值时，可认为边坡滑面发生剪切破坏。
2 布桩位置对桩身内力分布的影响
图2 抗滑桩布置剖面图
结合上述模型，可以对不同桩土强度比k值下的抗滑桩进行仿真分析，探讨k值对抗滑桩内力的影响。分析结果如图3至图6所示。
图3 抗滑桩剪应力分布
图4 抗滑桩弯矩分布
图5 剪应力极值
图6 抗滑桩内应力极值分布
从图3和图4可以看出，对于不同抗滑桩的桩土强度比，剪应力分布规律总体一致。抗滑桩对应的最大正剪应力出现在抗滑桩中部，最大负剪应力出现在抗滑桩底部上部。抗滑桩的弯矩曲线也呈凸分布，且总体一致。另外，抗滑桩的最大负弯矩还出现在桩身底部以上（即桩长高度的1/3处），称为滑区位置。
从上述图5和图6可以看出，随着：的k值增大，抗滑桩两侧剪应力和弯矩呈现先急剧增大后缓慢增大的趋势；对于抗滑桩滑动面的分布规律来说，当k值较大时，滑动体的性能变得比较脆弱，抗滑桩的内力值很大，使得抗滑桩对边坡的加固作用较为明显； k值减小后，剪应力、弯矩逐渐变小，削弱了抗滑桩加固边坡的作用。
基于以上对抗滑桩受力特性的分析，可以将桩身土体强度比k与桩的位置结合起来进行分析，得到边坡滑动面上的桩位置与抗滑桩的关系。即可得到桩内应力的安全系数。 （见图7）。
图7 不同桩位对应的边坡安全系数
3 边坡滑面设桩优化分析
图8 斜坡滑面（单位：m）
3.1 桩位和抗滑桩长度对边坡滑面稳定性的影响
图9 抗滑桩位置及桩长对边坡安全稳定的影响
表2 抗滑桩加固位置与埋置深度关系
3.2 桩位和桩长对抗滑桩内力的影响
抗滑桩弯矩值与桩深的关系如图10所示。以上述优化的抗滑桩设置位置L5为研究基础，从图10可以看出，增加了抗滑桩的弯矩值。抗滑桩长度的增加，其相应的正弯矩也相应增大，最大弯矩点将偏离抗滑桩顶部。当长度大于20 m时，最大弯矩将保持在固定值附近。剪应力不再发生明显变化，最大剪力与最小剪力之比约为1.4，并保持在距桩顶7 m附近的位置。
图10 抗滑桩弯矩值与桩深的关系
图11 抗滑桩挠度与桩深关系
抗滑桩挠度与桩深的关系如图11所示。从图11可以看出，随着抗滑桩长度的增加，计算得到的桩顶挠度减小。当长度大于16 m时，计算得到的桩顶挠度不再发生明显变化。以桩长为10 m，计算得到的桩顶挠度达到0.95 m，与边坡原始位移（1.01 m）接近，位移曲线可近似为一条直线，即抗滑桩发生旋转。原因是桩长太短，达不到合适的埋置深度，造成倾覆损坏。因此，在抗滑桩加固边坡工程中，需要设置合适的桩长，以保证抗滑桩的埋置深度，提高抗滑桩的稳定性。
3.3 弹性模量选取值对边坡稳定性指标的影响
抗滑桩加固位置保留在L桩位置，仅调整分析抗滑桩的弹性模量E。其数值变化对边坡稳定性的影响如图12所示。从图12可以看出，当：增大抗滑桩弹性模量值时，相应的边坡稳定系数没有明显变化，计算得到的数值变化相对误差小于1.2%。因此，可以认为抗滑桩的弹性模量的值不会影响边坡的稳定性。
图12 抗滑桩弹性模量对边坡稳定系数的影响
3.4 抗滑桩弹性模量变化对抗滑桩内力和位移的影响
不同弹性模量指标下L5桩位弯矩、挠度与桩深的关系分别如图13、图14所示。从图中可以看出，随着抗滑桩弹性模量值的增大，相应的弯矩和剪应力也相应增大，桩体变形减小。其原因在于，增大桩体弹性模量值，桩体强度增大，即抗滑桩所能承受的内力增大。但弹性模型的值不能太大。这是因为抗滑桩加固边坡的作用是一个综合过程。边坡稳定性和安全系数指标的提高还伴随着桩变形的减少。显然，两者之间存在着矛盾的效果。从工程造价来看，这需要更高强度的混凝土材料或者更多的承重钢筋，势必会增加抗滑桩的成本。因此，在抗滑桩加固边坡设计中，应综合考虑，合理制定抗滑桩的弹性模量值。
图13 不同弹性模量指标下L5桩位弯矩与桩深关系
图14 不同弹性模量指标下L5桩位挠度与桩深关系
4 结 论
(1)当抗滑桩长度较小时，边坡加固位置对提高边坡稳定性指标的作用不明显；但如果继续增加抗滑桩长度，边坡加固效果显着。增强，抗滑桩的最佳设计位置也受到其长度的影响。当抗滑桩长度较短时，建议将桩布置在边坡中部；反之，可将桩布置在边坡的中上部，可提高边坡的稳定性。
（2）抗滑桩加固边坡位于接近坡顶的位置。桩体内应力和桩位变化呈现先增大后减小的趋势，并在边坡中下部达到最佳固定位置，具有抗滑作用。随着桩位置的变化，坡面逐渐移动，破坏力由深到浅变化。
(3)增加抗滑桩长度后，如果桩体埋入深度不够，抗滑桩可能会造成倾覆损坏。因此，在抗滑桩加固边坡设计中，应合理考虑桩的埋置深度。在有效埋深范围内，边坡稳定系数和桩长先增大后减小。
(4)适当提高抗滑桩的弹性模量可以有效减小抗滑桩的位移变化，但也会相应增加工程造价。因此，在实际工程中，应合理确定抗滑桩的弹性模量。
用户评论
这篇文章研究的方向很有意义啊！边坡工程一直是我比较感兴趣的方向，抗滑桩的强度和位置确实会直接影响边坡稳定性。
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看到文章提到的滑移面，不由想起我之前参与的一个边坡项目，当时发生滑坡就是因为没考虑好滑移面的问题。幸好及时发现，没有造成太大损失，看来这种研究很有实际应用价值!
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这个抗滑桩强度的概念很有意思，以前总觉得桩子只要长深一点就足够了，没想到还有这么精细的划分。请问文中提到的强度标准是怎么确定的呢？
有14位网友表示赞同！
边坡稳定系数一直是我们设计时重要的考虑因素，这篇论文对具体影响因素的研究让我更加清晰地理解了抗滑桩的重要性。 希望以后能看到更多针对不同地形、材料的方案建议！ 期待后续研究结果。
有12位网友表示赞同！
写的真好啊，很详细地讲解了抗滑桩强度和桩位的影响，我也在做相关项目，学习到了很多！
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边坡工程要考虑这么多的因素，真是头疼啊。这篇论文帮我理清思路了，至少知道抗滑桩的重要性，下一步可以去研究更具体的方案。
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其实我认为这个研究方向还是比较窄的，毕竟边坡稳定不仅仅取决于抗滑桩，还有很多其他因素需要考虑，像是降雨、地震、土壤性质等等。希望作者能够结合更多实际案例进行更加全面的分析。
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文章的研究方法比较详细，可以看出作者对该主题很熟悉。我虽然不是专业人士，但也能从文中理解到抗滑桩对边坡稳定性的重要影响，以后在看相关工程时要更加注意了！
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我觉得这篇文章写的有点太偏理论了，对于实际施工来说有些局限性。我希望作者能够结合更多的工程案例进行阐述，这样更有说服力!
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文章的结论总结得很好，对抗滑桩强度和桩位因素的影响进行了清晰的描述，希望这种研究能带来更多的工程应用价值！
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这个研究方向太重要了，边坡稳定性直接关系到工程安全。希望更多研究者能够关注这个领域，为解决实际问题贡献力量！
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看完这篇文章，我感觉自己对边坡工程的理解又提升了一层。 希望能看到更多针对不同地质、地形条件的抗滑桩设计方案!
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论文内容比较专业，需要有一定的工程背景才能理解，但我还是能感受到作者在研究中的用心。 希望有更平易近人的解读文章可以帮助我们更好地理解这些技术性的问题！
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这个题目听起来就很有意思，我就问问这篇文章有没有提到抗滑桩的常见材料和施工工艺呢？
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边坡稳定系数这个概念以前没有深入学习过，看完文章后我感觉这个问题还挺复杂。需要结合很多因素进行综合分析才可以得出准确的结果，看来边坡工程的设计真的不容易！
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这篇论文研究的是非常重要的课题，它为我们今后设计更高效、更安全的边坡工程提供了重要的理论支撑和实践参考。
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文章语言比较正式生硬，有点难以理解。建议作者可以加入一些案例或者图示，更容易让读者理解这个复杂的研究内容！
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感觉这篇文章对实际工程应用价值还是挺大的，期待未来更多研究者能够在这个领域继续深入探索！
有16位网友表示赞同！