基于有限元强度折减法的抗滑桩设计

摘 要：有限元强度折减法因其具有和极限平衡法相一致的安全系数定义而广泛用于岩土工程中。目前Plaxis中的强度折减计算采用的弧长法可以认为精确捕捉到结构破坏时的极限状态，这里以抗滑桩设计为例，借助Plaxis介绍有限元强度折减法在抗滑桩设计中的应用。

关键词：有限元强度折减法；抗滑桩；Plaxis

0 引言

边坡稳定性分析及治理是岩土工程中的典问题[1]，随着我国西南地区的经济发展，边坡问题越来越受到关注。边坡常用治理方法包括坡面挂网喷射混凝土面层，格构锚索支护，挡墙支护，抗滑桩支护等，其中抗滑桩具有造价低廉，施工便捷，抗滑能力较好等优点广泛应用于实际工程中[2]。

1 有限元强度折减法

对比极限平衡法，有限元强度折减法国内起步较晚，宋二祥1997年[3]首次讨论并发展了用于求解土工结构安全系数的有限元强度折减法。该方法适用于各种复杂土层及水位条件，计算简便易行，速度快稳定性好，因此被国内学者广泛采用。传统的边坡稳定性分析方法极限平衡法需要事先假定滑裂面，通过迭代得到最危险滑裂面；而有限元强度折减法不需要假定滑裂面，也不需要迭代计算，通过折减土体内聚力c和内摩擦角φ，最终捕捉到边坡破坏时的极限强度值，其对安全系数的定义方式与极限平衡法相一致，这也使得该方法可以直接用于实际工程设计[4]。

2 计算分析

2.1 原始边坡稳定性分析

某边坡高20m，宽度28m，表层覆盖有碎石土，下部为中风化灰岩，利用Plaxis2016建立有限元模型图1a所示，碎石土采用土体硬化模型，γ=22kN/m3，c=5kN/m3，φ=35°；灰岩采用摩尔库伦模型，γ=25kN/m3，c=1410kN/m3，φ=35°。

对边坡进行有限元强度折减分析，如图1b所示，潜在滑裂面基本沿着碎石土与灰岩交界面滑动，此时安全系数为1.149，无法满足规范要求。

2.2 抗滑桩边坡稳定性分析

将边坡坡脚部分土体挖去形成路基，路基旁设置抗滑桩如图2a所示。抗滑桩采用Plaxis中的Embedded beam row结构单元来模拟，为边长2m的正方形截面方桩，间距为5m，弹性模量为E=30GPa。

对模型进行强度折减计算，计算所得滑裂面如图2b所示，趋于破坏时潜在滑裂面较为设置抗滑桩时位置靠上，抗滑桩附近的支护效果良好，此时安全系数1.366满足规范要求。

抗滑桩内力如图3所示。

3 结论

有限元法在处理岩土工程问题时具有先天不足，相较于结构工程的人工材料，岩土材料的各向异性使得有限元计算结果不一定很准确，但是有限元强度折减法具有和极限平衡法相一致的安全系数定义方式，其在处理复杂地质条件问题时具有极强的适应性，未来会被更多的岩土工程人员所接受。

基金项目：贵州省科技计划项目（黔科合SY字（2014）3086）；贵州省科技计划项目（黔科合机字[2011]4002号）