本發(fā)明涉及山體滑坡控制領(lǐng)域，特別是涉及一種埋入式抗滑樁的設(shè)計方法。
背景技術(shù)：
：如圖1-2，埋入式抗滑樁是指樁頂標高低于滑體表面較深的短懸臂抗滑樁，和全長樁的區(qū)別主要有：①樁的長、短不一樣。全長抗滑樁的樁頂一般達到支擋部位的現(xiàn)狀地表面，而埋入式抗滑樁的樁頂不需達到支擋部位的現(xiàn)狀地表面，只需超過滑移面進入滑坡體一定長度不至于使滑坡體在安全系數(shù)之內(nèi)出現(xiàn)越頂現(xiàn)象即可。②樁的推力大小不同。③與此同時，樁的截面、樁的配筋、施工工期、材料用量、經(jīng)濟指標等均不相同。埋入式抗滑樁既可用于土質(zhì)邊坡，也可用于巖質(zhì)邊坡，尤其適用于滑體強度高出滑面強度較多、無淺層滑面和多排樁情況下。埋入式抗滑樁一般宜置于滑面較平緩的阻滑段或者通過優(yōu)化選取樁位。目前，埋入式抗滑樁尚無一套比較科學的計算方法，有些規(guī)范雖然提出過一些建議與規(guī)定，但是缺乏依據(jù)。如規(guī)定不存在地質(zhì)次生滑面，也不出現(xiàn)新生滑面與剪出口，按照主觀經(jīng)驗確定樁長和推力，或按全長樁推力作為埋入式樁的推力等，因而工程實踐上還很少實際應用。有些部門雖然很想應用，但是由于缺乏合理計算方法，通常只減少樁長1/8～1/10左右，沒有真正意義的發(fā)揮埋入式抗滑樁的作用，而且還不保險，有可能會出現(xiàn)越頂現(xiàn)象。目前的主要問題是：①樁的長度如何設(shè)計？埋入式樁上的推力是否等于全長樁的推力？②采用埋入式抗滑樁后滑坡穩(wěn)定安全系數(shù)如何確定？③對于多排抗滑樁中各排抗滑樁承擔多少滑坡推力，樁前抗力如何計算？傳統(tǒng)抗滑樁計算采用極限分析法計算推力，用彈性地基梁法計算結(jié)構(gòu)內(nèi)力，因而除能計算樁推力和內(nèi)力外，其他一些有用的設(shè)計參數(shù)都無法計算。技術(shù)實現(xiàn)要素：有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種埋入式抗滑樁的設(shè)計方法，旨在提供一種埋入式抗滑樁參數(shù)設(shè)計方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種埋入式抗滑樁的設(shè)計方法，其特征在于，包括如下步驟：S1、采集滑坡系統(tǒng)參數(shù)，所述滑坡系統(tǒng)參數(shù)包括各個材料的重度γ、彈性模量E、泊松比ν、粘聚力c、摩擦角以及滑體厚度H；S2、設(shè)定I組不同的樁參數(shù)的抗滑樁，基于平面應變條件下的摩爾-庫侖匹配D-P準則，建立滑坡系統(tǒng)有限元模型；所述I為正整數(shù)；所述抗滑樁為埋入式抗滑樁；S3、求解各組所述抗滑樁的強度折減安全系數(shù)Si，選取最接近安全系數(shù)閾值STH的所述抗滑樁的樁參數(shù)為樁參求解值。在該技術(shù)方案中，通過建立不同樁參數(shù)的滑坡系統(tǒng)，并通過滑坡系統(tǒng)有限元模型求解各個樁參數(shù)下的滑坡系統(tǒng)強度折減安全系數(shù)，選取最接近安全系數(shù)對應的抗滑樁作為所需的抗滑樁，其有益效果在于：提供了一種抗滑樁求解方法，采用摩爾-庫侖匹配D-P準則有限元分析，充分考慮樁-土共同作用，通過強度折減計算得到設(shè)置抗滑樁后的破壞模式及安全系數(shù)。該技術(shù)方案真正意義地發(fā)揮埋入式抗滑樁的優(yōu)點，同時安全保險，且不出現(xiàn)越頂現(xiàn)象。進一步而言，在所述步驟S2中，所述I組不同的樁參數(shù)的抗滑樁是根據(jù)經(jīng)驗設(shè)定的。在該技術(shù)方案中，抗滑樁可以參照經(jīng)驗的抗滑樁設(shè)計參數(shù)，在該參數(shù)兩側(cè)選取多組參數(shù)。其有益效果在于，提高多組樁參數(shù)的確定效率。進一步而言，所述樁參數(shù)包括樁總長度L_alli、滑面以上樁長度L_upi、滑面以下樁長度L_downi，所述i∈[1,I]，i為整數(shù)。在該技術(shù)方案中，給出了具體樁參數(shù)包含的類別。進一步而言，所述滑面以上樁長度L_upi與所述滑體厚度H的比值L_upi/H≥0.55。在該技術(shù)方案中，埋入式抗滑樁的懸臂長度不宜小于0.55倍滑體厚度，其有益效果在于：提高滑坡系統(tǒng)的安全性，避免出錯。進一步而言，在所述步驟S2中，所述有限元模型是采用有限元分析軟件生成的。在該技術(shù)方案中，采用有限元分析軟件，提高計算能力和速度。進一步而言，所述步驟S3包括：S31、不斷降低所述滑坡系統(tǒng)的抗剪切強度參數(shù)直至達到極限破壞狀態(tài)為止，根據(jù)彈塑性有限元計算結(jié)果得到滑動破壞面，同時得到邊坡的強度折減安全系數(shù)Si；所述i為正整數(shù)，i∈[1,I]；S32、選取與所述安全系數(shù)閾值STH最接近的Si所對應的樁參數(shù)作為樁參數(shù)安全設(shè)定參數(shù)。在該技術(shù)方案中，采用有限元折減法，不斷降低滑坡系統(tǒng)的抗剪切強度參數(shù)直至達到極限破壞狀態(tài)為止，提高強度折減安全系數(shù)確定的準確性。進一步而言，所述步驟S32包括：選取與所述安全系數(shù)閾值STH最接近且滿足Si≥STH的Si所對應的樁參數(shù)作為樁參數(shù)安全設(shè)定參數(shù)。在該技術(shù)方案中，選取大于安全閾值STH的Si所對應的樁參數(shù)作為樁參數(shù)安全設(shè)定參數(shù)，滿足工程一般設(shè)定下限的需求。進一步而言，還包括步驟S4：基于步驟S3獲得的樁參數(shù)的有限元模型，以所述安全系數(shù)閾值STH為折減系數(shù)，對滑帶和滑體同時折減，沿滑面到頂部對水平應力進行積分，獲得樁前或樁后的土壓力。在該技術(shù)方案中，還基于已經(jīng)獲得的樁參數(shù)進行進一步求解，獲得樁前后的土壓力，驗證土壓力是否滿足工程條件，避免工程失誤。本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過建立不同樁參數(shù)的滑坡系統(tǒng)，并通過滑坡系統(tǒng)有限元模型求解各個樁參數(shù)下的滑坡系統(tǒng)強度折減安全系數(shù)，選取最接近安全系數(shù)對應的抗滑樁作為所需的抗滑樁。本發(fā)明提供了一種抗滑樁求解方法，采用摩爾-庫侖匹配D-P準則有限元分析，充分考慮樁-土共同作用，通過強度折減計算得到設(shè)置抗滑樁后的破壞模式及安全系數(shù)，真正意義地發(fā)揮埋入式抗滑樁的優(yōu)點，樁參數(shù)求解簡單，同時安全保險，且不出現(xiàn)越頂現(xiàn)象。附圖說明圖1是滑坡治理現(xiàn)有技術(shù)中全長抗滑樁剖面示意圖；圖2是滑坡治理現(xiàn)有技術(shù)中埋入式抗滑樁剖面示意圖；圖3是本發(fā)明一實施例的流程圖；圖4是本發(fā)明邊坡穩(wěn)定性分析計算實例的有限元模型劃分示意圖；圖5是采用等效塑性應變等值云圖獲得的滑動面的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是采用邊坡穩(wěn)定分析軟件slope/w得到的滑動面的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是推力計算安全系數(shù)取值影響的示例模型；圖8是本發(fā)明一實施例中的邊坡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是本發(fā)明一實施例中的有限元模型劃分示意圖；圖10是本發(fā)明一實施例中的防滑樁設(shè)計的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中：101-滑床、102-滑體、103-滑帶、104-抗滑樁、105-回填土、106-隧道、107-隧道土體松動區(qū)、108-減載區(qū)、109-反壓區(qū)、110-擋土墻。具體實施方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明：如圖3-10所示，本發(fā)明提供一種埋入式抗滑樁104的設(shè)計方法，包括如下步驟：S1、采集滑坡系統(tǒng)參數(shù)，所述滑坡系統(tǒng)參數(shù)包括各個材料的重度γ、彈性模量E、泊松比ν、粘聚力c、摩擦角以及滑體102厚度H；S2、設(shè)定I組不同的樁參數(shù)的抗滑樁104，基于平面應變條件下的摩爾-庫侖匹配D-P準則，建立滑坡系統(tǒng)有限元模型；所述I為正整數(shù)；所述抗滑樁104為埋入式抗滑樁104；S3、求解各組所述抗滑樁104的強度折減安全系數(shù)Si，選取最接近安全系數(shù)閾值STH的所述抗滑樁104的樁參數(shù)為樁參求解值。滑坡系統(tǒng)一般包括：滑床101、滑體102、滑帶103、抗滑樁104、回填土105，在一些復雜的滑坡系統(tǒng)中還包括：隧道106、隧道土體松動區(qū)107、減載區(qū)108、反壓區(qū)109、擋土墻110。下面先對本發(fā)明需要應用到的相關(guān)技術(shù)做簡要說明。(一)基于有限元強度折減法的滑坡穩(wěn)定性分析1)有限元強度折減法邊坡穩(wěn)定分析的有限元強度折減法是通過不斷降低邊坡巖土體抗剪切強度參數(shù)直至達到極限破壞狀態(tài)為止，程序自動根據(jù)彈塑性有限元計算結(jié)果得到滑動破壞面，同時得到邊坡的強度儲備安全系數(shù)。對于莫爾-庫侖材料，強度折減安全系數(shù)可表示為：其中：τ為折減前巖土體的抗剪強度，τ'為折減后巖土體的抗剪強度，σ滑動破壞面上的法向正應力，c和為折減前的抗剪強度指標，c′和為折減后的抗剪強度指標，ω為折減系數(shù)。這種強度折減安全系數(shù)的定義與邊坡穩(wěn)定分析中極限平衡條分法安全系數(shù)的定義是一致的，都屬于強度儲備安全系數(shù)，它們都表示了是整個滑面的安全系數(shù)，也就是滑面的平均安全系數(shù)，而不是某個應力點的安全系數(shù)。2)有限元強度折減法優(yōu)點有限元強度折減法在理論體系上比極限平衡法更為嚴格，它全面滿足了靜力許可、應變相容、以及土體的非線性應力-應變關(guān)系，與傳統(tǒng)極限平衡方法相比，用有限元強度折減法分析邊坡穩(wěn)定性具有下列優(yōu)點：(1)求解安全系數(shù)時，不需要假定滑動面的形狀和位置，也無需進行條分，而是由程序自動求出滑動面，滑動破壞自然地發(fā)生在巖土體剪切帶上，或塑性應變和位移突變的地方。(2)能夠模擬土體與各種支擋結(jié)構(gòu)的共同作用，能夠考慮開挖施工過程對邊坡穩(wěn)定性的影響，可以根據(jù)巖土介質(zhì)與支擋結(jié)構(gòu)的共同作用計算各種支擋結(jié)構(gòu)的推力和內(nèi)力。(3)可求出各種支擋結(jié)構(gòu)作用下，邊坡的新滑面與穩(wěn)定安全系數(shù)。(4)由于采用數(shù)值分析方法，因而能夠?qū)碗s地貌、地質(zhì)的邊坡進行計算，不受邊坡幾何形狀、邊界條件以及材料的不均勻性限制。(5)能夠模擬邊坡的漸進破壞過程，并提供應力、應變和位移等力與變形等全部信息。3)應用有限元強度折減法需要滿足的條件應用有限元強度折減法分析邊坡穩(wěn)定性需要滿足的條件：(1)要有一個成熟可靠和功能強大的有限元程序；(2)計算范圍、邊界條件、網(wǎng)格劃分等要滿足有限元計算精度要求；(3)可供實用的巖土材料本構(gòu)模型和強度準則。關(guān)于本構(gòu)模型的選擇，巖土材料具有復雜的本構(gòu)特性，邊坡的穩(wěn)定分析主要關(guān)心的是力和強度問題，而不是位移和變形問題，因而對于本構(gòu)關(guān)系的選擇不必十分嚴格，因此可在有限元強度折減法中采用理想彈塑性本構(gòu)模型，但必需選擇合適的強度準則。以前該法計算精度不高，多數(shù)是由于強度準則選擇不當所致。4)屈服準則選用及其計算精度的要求有限元強度折減法中巖土材料本構(gòu)模型采用理想彈塑性模型。選用合理巖土屈服準則十分重要，所求安全系數(shù)大小與采用的巖土屈服準則密切相關(guān)，不同的屈服準則會得出不同的安全系數(shù)。通常采用的巖土屈服準則是廣義米賽斯準則與莫爾—庫侖準則。(1)廣義米賽斯準則(Drucker-Prager準則)廣義米賽斯準則是在米賽斯準則的基礎(chǔ)上，考慮平均壓應力而將米賽斯條件推廣成為如下形式：I1＝σ1+σ2+σ3式中I1、J2分別為應力張量的第一不變量和應力偏張量的第二不變量。α、k是與巖土材料內(nèi)摩擦角和粘聚力c有關(guān)的常數(shù)，σ1、σ2、σ3為各個方向的主應力。廣義米賽斯準則(Drucker-Prager準則)在主應力空間的屈服面為一圓錐，在π平面上為圓形，不存在尖頂處的數(shù)值計算問題，因此目前國際上許多流行的大型有限元軟件采用了廣義米賽斯準則。各準則下，α、k的表達式不同。研究表明，采用外角外接圓DP1準則與傳統(tǒng)莫爾-庫侖屈服準則的計算結(jié)果有較大出入，不管是評價邊坡穩(wěn)定性，還是計算地基極限承載力等，在實際工程中采用該準則算出的安全系數(shù)都偏大，所以是偏于不安全的。依據(jù)理論分析和算實例，對屈服準則的選用提出如下建議：(1)對于平面應變問題，可采用與傳統(tǒng)Mohr-Coulomb相匹配的DP4與DP5準則，它們有較高計算精度，其計算誤差一般在3％以內(nèi)。采用非關(guān)聯(lián)流動法則時采用DP5準則，其α、k的表達式如下：采用關(guān)聯(lián)流動法則時采用DP4準則，其α、k的表達式如下：(2)對于三維空間問題，可采用莫爾-庫侖等面積圓DP3準則，其α、k的表達式如下：(五)土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析計算實例均質(zhì)土坡，坡高H＝20m,粘聚力c＝42kPa，土容重γ＝20kN/m3，內(nèi)摩擦角φ＝17°，求坡角β＝30°、35°、40°、45°、50°時邊坡的穩(wěn)定安全系數(shù)以及對應的滑動面。計算采用的軟件為美國ANSYS公司的大型有限元軟件ANSYS5.61–UniversityHighOption商業(yè)版。計算按照平面應變建立有限元模型，邊界條件為左右兩側(cè)水平約束，下部固定，上部為自由邊界，如圖4所示。強度折減安全系數(shù)的計算統(tǒng)一采用c/w，的折減形式，力和位移的收斂標準系數(shù)均取為0.001，最大迭代次數(shù)為100次。一次性施加全部重力荷載，即荷載增量步設(shè)置為1步。有限元求解器選用ANSYS程序的提供的稀疏矩陣求解器(SparseMatrixDirectSolver)，選用全牛頓-拉普森迭代方法(FullNewton-Raphson)，在這種迭代方法中每進行一次平衡迭代修改剛度矩陣一次。表1為各屈服準則采用關(guān)聯(lián)流動法則時的安全系數(shù)。傳統(tǒng)極限平衡條分法計算采用的軟件為加拿大的邊坡穩(wěn)定分析程序SLOPE/W。表1采用關(guān)聯(lián)流動法則時不同準則條件下的安全系數(shù)計算結(jié)果可以看出，在平面應變條件下不管是采用非關(guān)聯(lián)的莫爾-庫侖匹配DP5準則還是采用關(guān)聯(lián)的莫爾-庫侖匹配DP4準則，求得的安全系數(shù)與傳統(tǒng)極限平衡條分法中的Spencer法十分接近，誤差在2％以內(nèi)，這是因為平面應變莫爾-庫侖匹配準則實際上就是在平面應變條件下的莫爾-庫侖準則。圖5為有限元法得到的滑動面，圖6為采用極限平衡法(GEO-Slope/w軟件)得到的滑動面。(二)考慮樁土共同作用的滑坡推力計算1)有限元法與傳統(tǒng)剛體極限平衡法計算抗滑樁104推力的區(qū)別傳統(tǒng)的滑坡推力計算，包括土力學中支擋結(jié)構(gòu)的側(cè)向壓力的計算，都是基于極限分析理論，即土體處于極限狀態(tài)，滑裂面上的抗滑力已充分發(fā)揮，這時作用在支擋結(jié)構(gòu)上的推力最小，為主動土壓力。通常設(shè)計中都以主動土壓力作為支擋結(jié)構(gòu)上的設(shè)計荷載，但達到極限狀態(tài)需要支擋結(jié)構(gòu)有充分的位移，有些情況下支擋結(jié)構(gòu)的位移受到限制，此時一般以靜止土壓力與主動土壓力之間的某一壓力作為設(shè)計荷載，這一壓力大于主動土壓力。傳統(tǒng)極限分析方法無法算出支擋結(jié)構(gòu)位移受限時的推力，也不能算出作用在支擋結(jié)構(gòu)上的抗力及其推力與抗力的分布規(guī)律，表明傳統(tǒng)計算方法具有局限性。隨著有限元等數(shù)值方法在支擋結(jié)構(gòu)上的應用，尤其是有限元強度折減法等在邊(滑)坡工程中的廣泛應用，應用有限元法等數(shù)值方法計算支擋結(jié)構(gòu)上的滑坡推力引起人們的關(guān)注，這種現(xiàn)代算法與傳統(tǒng)算法具有差異和進步。首先，在于兩者的計算理念不同，前者基于極限分析，算出的推力是主動土壓力；而后者是基于巖土體與支擋結(jié)構(gòu)的共同作用，只要土體有變形就會對支擋結(jié)構(gòu)形成壓力，即使土體是穩(wěn)定的，處于彈性狀態(tài)，也會對支擋結(jié)構(gòu)造成壓力，這種壓力是彈性形變壓力，而按傳統(tǒng)方法計算壓力為零。巖土體隨著支擋結(jié)構(gòu)的位移土壓力逐漸變化，當支擋結(jié)構(gòu)為剛性時，此時的壓力即為靜止土壓力，隨著支擋結(jié)構(gòu)位移的增大，壓力逐漸減小，處于靜止土壓力和主動土壓力之間，直到位移達到某一數(shù)值，土體的抗滑力全部發(fā)揮，土體處于極限狀態(tài)，這時的土壓力即為主動土壓力。靜止土壓力最大，主動土壓力最小，處于靜止和主動土壓力之間的土壓力介于其間。因而，當支擋結(jié)構(gòu)允許有足夠位移時，與傳統(tǒng)算法一樣，有限元法算出的的推力也是主動土壓力；反之，算出的推力要大于主動土壓力。除上述好處外，它還能算出支擋結(jié)構(gòu)上的抗力、推力與抗力分布規(guī)律。當采用有限元強度折減法時還能計算合理的支擋結(jié)構(gòu)高度，即合理樁長，以及有支護情況下邊(滑)坡的安全系數(shù)等，以上功能是傳統(tǒng)方法不能做到的。不過，對于支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計，希望滑坡推力越小越好，這就要求合理設(shè)計抗滑樁104，并選取符合實際的巖土體參數(shù)。依據(jù)以往設(shè)計經(jīng)驗，只要設(shè)計合理、計算正確，一般情況下采用有限元法算出的滑坡推力可與傳統(tǒng)方法相當，達到經(jīng)濟合理的目的；但某些情況下，兩種方法算出的結(jié)果有差異，因而設(shè)計計算中尚需要采用傳統(tǒng)方法驗證其樁后推力是否正確合理。當兩種算法不一致時，目前的認識還有一定差異，當樁的變形明顯受到限制時，一般采用樁土共同作用理論作為設(shè)計依據(jù)。因為考慮了變形和共同作用，有限元法與傳統(tǒng)方法這兩種算法算出的支擋結(jié)構(gòu)上推力有時相同，有時不同。推力不同是由于支擋結(jié)構(gòu)位移受到限制，而位移又與支擋結(jié)構(gòu)的剛度(包括擋墻厚度與彈模)、滑帶103的強度(它與采用的設(shè)計安全系數(shù)有關(guān))以及滑體102與滑帶103的彈模大小等有關(guān)。下面通過例子來說明兩種方法算出的推力何種情況下相同，何種情況下不同及其原因。2)推力計算安全系數(shù)取值的影響計算模型如圖7所示，采用ANSYS按照平面應變建模，樁采用實體單元，樁與土體的接觸關(guān)系采用共節(jié)點但材料性質(zhì)不同的連續(xù)介質(zhì)單元模型。采用平面應變計算時縱向只有1米，也就是說，不論樁的截面寬度是多少，在程序計算時都是按1米計算的，改變了抗滑樁104的慣性矩，進而改變了抗滑樁104的剛度，對抗滑樁104的變形產(chǎn)生了影響。實際操作過程中，當樁的慣性矩I發(fā)生變化時，通過改變樁的彈性模量E，使抗滑樁104的剛度EI保持不變，從而使樁的變形不受影響。本算例中，樁的寬度取1米，抗滑樁104截面尺寸為3×1米，模型中坡高20米，樁長30米，樁埋深10米。計算參數(shù)如表2。表2物理力學參數(shù)由表3可以看出，當折減系數(shù)≥1.15時，傳統(tǒng)方法與有限元強度折減法存在的差距很小，這是因為滑面強度較小時，土體達到了極限狀態(tài)，所以采用有限元強度折減法和傳統(tǒng)方法計算結(jié)果一致。當折減系數(shù)＜1.15時，由于滑面強度較高和抗滑樁104的限制，土體的變形較小，滑面土體沒有達到極限狀態(tài)，抗滑力沒有充分發(fā)揮。可見，滑面強度在采用有限元強度折減法計算時，對推力是有影響的。但一般情況下抗滑樁104的設(shè)計安全系數(shù)在1.15—1.30之間，所以抗滑樁104多數(shù)都可以達到極限狀態(tài)。表3不同計算方法計算得到的樁后推力(KN)3)滑體102彈模取值由于滑體102的剛度也會限制土體的變形，彈模越大，限制土體變形的能力就越大，有可能使土體達不到極限狀態(tài)，因而影響樁后推力的計算。下面對本算例采用不同的滑體102彈模，按有限元強度折減法計算樁后推力計算，并與傳統(tǒng)方法進行比較。計算結(jié)果如表4所示。表4不同滑坡體彈模下樁后推力(KN)可見，相同折減系數(shù)下樁后推力隨著滑體102彈模的增大而增大。因而在選用土體彈模時，應采用與實際工程相吻合的彈性模量值。4)滑帶103彈模的取值對本算例采用不同的滑帶103彈模，按有限元強度折減法計算滑坡推力，并與傳統(tǒng)方法比較。不同滑帶103彈性模量取值得到的推力計算結(jié)果如表5所示，計算表明當滑帶103與滑體102強度相差不大時，滑體102與滑帶103采用相同的彈模是合適的。表5不同滑帶彈模下樁后推力(KN)(三)埋入式抗滑樁104長度設(shè)計傳統(tǒng)剛體極限平衡設(shè)計方法中，無法確定埋入式抗滑樁104的破壞模式和對應的穩(wěn)定安全系數(shù)。因此既不能保證樁不出現(xiàn)“越頂”破壞，也不知道采用多長的樁長才算合理。埋入式抗滑樁104樁長設(shè)計的原則是必須保證在設(shè)樁后滑坡體的穩(wěn)定系數(shù)大于或等于設(shè)計安全系數(shù)。如果樁的長度過短，樁就可能出現(xiàn)“越頂”破壞。因此，抗滑樁104的長度設(shè)計首先采用有限元強度折減法算出不同樁長時的穩(wěn)定安全系數(shù)(強度儲備安全系數(shù))，并以設(shè)置埋入式抗滑樁104后的穩(wěn)定安全系數(shù)達到規(guī)范要求的穩(wěn)定安全系數(shù)為原則。在目前實際經(jīng)驗還不多的情況下，對土質(zhì)滑坡時，埋入式抗滑樁104的懸臂長度不宜小于0.55倍滑體102厚度，且樁長的設(shè)計安全系數(shù)不小于1.25。當設(shè)樁后的穩(wěn)定安全系數(shù)達到規(guī)范要求時，此時的樁長即為合理樁長。下面對本實施例做進一步描述。本實施例提供一種埋入式抗滑樁104的設(shè)計方法，包括如下步驟：S1、采集滑坡系統(tǒng)參數(shù)，所述滑坡系統(tǒng)參數(shù)包括各個材料的重度γ、彈性模量E、泊松比ν、粘聚力c、摩擦角以及滑體102厚度H；S2、設(shè)定I組不同的樁參數(shù)的抗滑樁104，基于平面應變條件下的摩爾-庫侖匹配D-P準則，建立滑坡系統(tǒng)有限元模型；所述I為正整數(shù)；所述抗滑樁104為埋入式抗滑樁104；S3、求解各組所述抗滑樁104的強度折減安全系數(shù)Si，選取最接近安全系數(shù)閾值STH的所述抗滑樁104的樁參數(shù)為樁參求解值。在本實施例的步驟S2中，所述I組不同的樁參數(shù)的抗滑樁104是根據(jù)經(jīng)驗設(shè)定的。在本實施例中，所述樁參數(shù)包括樁總長度L_alli、滑面以上樁長度L_upi、滑面以下樁長度L_downi，所述i∈[1,I]，i為整數(shù)。在本實施例中，所述滑面以上樁長度L_upi與所述滑體102厚度H的比值L_upi/H≥0.55。在本實施例的步驟S2中，所述有限元模型是采用有限元分析軟件生成的。在本實施例中，步驟S3包括：S31、不斷降低所述滑坡系統(tǒng)的抗剪切強度參數(shù)直至達到極限破壞狀態(tài)為止，根據(jù)彈塑性有限元計算結(jié)果得到滑動破壞面，同時得到邊坡的強度折減安全系數(shù)Si；所述i為正整數(shù)，i∈[1,I]；S32、選取與所述安全系數(shù)閾值STH最接近的Si所對應的樁參數(shù)作為樁參數(shù)安全設(shè)定參數(shù)。在本實施例中，步驟S32包括：選取與所述安全系數(shù)閾值STH最接近且滿足Si≥STH的Si所對應的樁參數(shù)作為樁參數(shù)安全設(shè)定參數(shù)。本實施例還包括步驟S4：基于步驟S3獲得的樁參數(shù)的有限元模型，以所述安全系數(shù)閾值STH為折減系數(shù)，對滑帶103和滑體102同時折減，沿滑面到頂部對水平應力進行積分，獲得樁前或樁后的土壓力。下面以工程實例對本實施例做進一步說明。(一)工程概況及參數(shù)重慶云陽分界梁隧道106穿過了一大型堆積層老滑坡，由于滑坡體厚度最大達到35米之多，局部39米。如果采用全長樁，則樁長可達50米左右?？够瑯?04截面和配筋量都非常大。因此提出采用埋入式抗滑樁104進行支擋。樁的長度降低后，研究表明抗滑樁104承擔的推力不等于全長樁的推力，抗滑樁104越短，其承擔的滑坡推力越小，抗滑樁104彎矩和截面尺寸都可大大減小。如圖8所示，為滑坡巖層結(jié)構(gòu)示意圖。如表6所示，表6滑坡系統(tǒng)參數(shù)(二)有限元模型的建立計算采用美國大型有限元程序ANSYS，以平面應變建立模型，巖土體及樁均采用平面實體單元PLANE82模擬，只是材料性質(zhì)不同。有限元模型如圖9所示。巖土材料本構(gòu)模型按理想彈塑性考慮。為了使計算采用的準則與傳統(tǒng)工程中采用的準則(摩爾-庫倫準則)一致，本次計算采用平面應變條件下的摩爾-庫侖匹配D-P準則，關(guān)聯(lián)流動法則，膨脹角(三)樁的長度設(shè)計由于本次算例中，埋入式抗滑樁104的主要是防止滑坡失穩(wěn)滑動對隧道106產(chǎn)生不利影響，因此，樁的位置基本上已經(jīng)確定，即在兩隧道106之間距右線隧道1068m處。不同樁長的取值計算分析結(jié)果見表7。從中可以看出，Ⅰ－Ⅰ斷面與Ⅱ－Ⅱ斷面采用樁長16m(滑面以上7m，以下9m)的埋入式抗滑樁104加固后安全系數(shù)就已經(jīng)能夠滿足設(shè)計要求；Ⅲ－Ⅲ斷面采用樁長24m(滑面以上12m，以下12m)的埋入式抗滑樁104加固后安全系數(shù)也已經(jīng)能夠滿足設(shè)計要求。由于有限元強度折減法設(shè)計埋入式抗滑樁104的工程應用經(jīng)驗比較少，由此取穩(wěn)定安全系數(shù)大于1.25時的樁長，最終決定，Ⅰ－Ⅰ斷面與Ⅱ－Ⅱ斷面采用樁長33m(滑面以上17m，以下16m)的埋入式抗滑樁104；Ⅲ－Ⅲ斷面采用樁長29m(滑面以上16m，以下13m)的埋入式抗滑樁104。與全長樁相比，縮短了37％。表7有限元強度折減法計算不同樁長穩(wěn)定安全系數(shù)樁型穩(wěn)定安全系數(shù)全長樁46m(滑面以上28m，以下18m)1.35樁長38m(滑面以上22m，以下16m)1.3樁長29m(滑面以上16m，以下13m)1.27樁長24m(滑面以上12m，以下12m)1.24樁長16m(滑面以上7m，以下9m)1.18(四)埋入式樁上受到的滑坡推力計算抗滑樁104的合理樁長確定后，就可以采用有限元強度折減法直接計算作用在埋入式抗滑樁104上的滑坡推力。有限元強度折減法可以直接計算出樁后的滑坡推力與樁前抗力。樁承擔的真正推力為推力減去抗力。計算時，對滑帶103和滑體102強度參數(shù)進行同時折減，折減系數(shù)取1.25，然后進行計算利用ANSYS軟件后處理中提供的路徑分析功能(PathOperation)，沿樁從滑面到頂部設(shè)置路徑，將水平應力映射到路徑上，然后沿此路徑對水平應力進行積分，就可以得到樁前或樁后的土壓力。采用此法得到不同樁上的滑坡推力表計算結(jié)果見表8。表8滑坡推力與樁前抗力計算結(jié)果滑坡推力(46m全長樁)(kN·m-1)7880樁前抗力(46m全長樁)(kN·m-1)3480樁設(shè)計推力(46m全長樁)(kN·m-1)4400滑坡推力(29m埋入式抗滑樁)(kN·m-1)5410樁前抗力(29m埋入式抗滑樁)(kN·m-1)2860樁設(shè)計推力(29m埋入式抗滑樁)(kN·m-1)2550埋入式抗滑樁設(shè)計推力與全長樁設(shè)計推力的比值58％從表8可以看出，作用在埋入式抗滑樁104上的滑坡推力與樁前抗力都小于作用在全長樁上的滑坡推力與樁前抗力，并且最終的設(shè)計推力只有全長樁58％。(五)最終確定的支擋方案在對應右線里程RK105+939.2～RK106+053.3段兩隧道106中間一線設(shè)置一排埋入式抗滑樁104。共計18根抗滑樁104，樁排由A、B兩種樁型組成，均由C30鋼筋砼澆注，樁長軸方向平行滑動方向。樁間距垂直滑動方向中～中6.0m。A型樁樁長33m，截面2.4m×3.6m，共9根，即A1～A9號樁；B型樁樁長29m，截面2.2m×3.4m，共9根，即B10～B18號樁。和全長樁相比，節(jié)約材料約三分之一。如圖10。以上詳細描述了本發(fā)明的較佳具體實施例。應當理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無需創(chuàng)造性勞動就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本
技術(shù)領(lǐng)域：
中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術(shù)方案，皆應在由權(quán)利要求書所確定的保護范圍內(nèi)。當前第1頁1 2 3