许宗艺 苏美选
(福建农林大学金山学院，福建 福州 350002)
0 引言
抗滑桩具有工程量少、施工方便、对边坡的扰动破坏小、布置灵活，可埋入深度长，结构受力比较合理，可以抵抗巨大的滑坡推力，也可和其他边坡治理措施配合使用等优点，对整治处在缓慢滑动阶段的滑坡特别有利，因此在滑坡整治工程中得到了广泛的应用和发展。其抗滑机理体现于滑体、桩、滑床三者间相互协调的工作过程中[1]，因此对桩和岩土体间的相互作用进行分析就显得尤为重要。但是，目前抗滑桩设计大多没有考虑土拱效应对滑体的阻挡作用，虽然通过单桩受力分析而设计的抗滑桩是可行的，但其设计方案偏于保守，从节省工程造价，减少工程量等的角度来讲是欠妥的[2]。通过长期实践和大量的模型试验发现，只要抗滑桩桩位设置合理，在分散布置的抗滑桩工程中，就存在土拱效应[3]。
1 计算模型的建立
本文数值计算采用的本构模型为与岩土体屈服条件相适应的Mohr-Coulomb屈服准则的理想弹塑性模型，将抗滑桩桩间的土拱效应问题简化为二维平面应变问题进行分析。
选取桩后坡体一定深度处的单位厚度土层作为分析对象，假定该土层的位移限定在水平方向，并且桩在水平方向被约束，即忽略桩的弹性侧向变形，将桩视为完全刚性，分散布置的抗滑桩对其后土体施加不连续的水平位移约束。
考虑到模型的对称性，取模型的宽度为两桩中对中距离s，为减少边界效应的影响，桩后边界取H1≥3a(a为矩形桩的截面高度)，桩前边界取H2≥2a，在水平面上采用单位厚度作为分析对象，如图1所示。
模型对称边界采用x方向位移约束，桩前边界采用x和y方向位移约束，抗滑桩在受力过程中不发生x和y方向位移，且滑坡推力在整个模型内是一致的。由于引起土体变形的滑坡推力是一个体力，在FLAC程序中施加体力是靠重力加速度g实现的，假设滑坡推力为T，桩后土体的重力为G，令ξ=T/G，将桩后土体的重力加速度g改为ξg，考虑桩前土体仍有一定的支挡作用，可提供一定的抗力，将桩前及桩间土体的密度改为ρ/ξ。
2 桩后土拱效应的影响因素
抗滑桩桩后土拱效应的产生是由于桩后土体在土压力或滑坡作用下产生位移，而抗滑桩的存在使桩后土位移发展受阻，在土体自身存在抗剪强度及桩侧的摩阻力作用下，桩后土体形成以相邻两桩为拱脚的土拱，桩后的土压力随土拱传递到拱脚及其周围土体上，使桩土共同分担荷载。因此，土拱效应的形成主要与桩距的大小、土体抗剪强度、滑坡推力的大小等诸多因素有关。下面采用FLAC程序，通过建立简化的数值计算模型，分别对这些因素进行研究。
设计资料如下：
某抗滑桩工程，滑坡土体的密度为1.83 kN/m3，粘聚力为11.6 kPa，内摩擦角为13.5°，土体剪切模量为6.2 MPa，体积变形模量为13.4 MPa。滑坡设计下滑力为300 kN/m，抗滑桩采用方形截面2.0 m×2.0 m，桩后边界取6 m，桩前边界取4 m。
2.1 桩距对土拱效应的影响
抗滑桩治理滑坡工程中，其间距必须使得滑体土拱效应得到充分发挥，桩后土体不至于从两桩之间滑出，因此，桩距的大小是抗滑桩设计中的关键问题之一。
由图2可知，土拱效应主要出现在桩后土体和桩间土体中，土体位移在两桩中间较大，在设桩处较小，且随桩距的增大等值线越来越密，等值线的弯曲程度逐渐减小，桩间及桩后土体的位移逐渐增大。当桩距为6 m和7 m时，桩前土体的位移量明显增大，说明桩前土体已经或正在下滑，抗滑桩桩后及桩间土体未能形成稳定的土拱。从图2上亦可知，桩后土体在离桩较远处，受桩影响较小，土体位移等值线基本上不出现弯曲现象。桩前方向，土体位移也逐渐趋于一致，当达到桩前一定位置，土体差异变形消失，说明桩后边界取3a，桩前边界取2a来进行数值模拟分析是合理的。
由图3可知，当桩距由3 m增大到5 m时，作用在桩上的土压力增大较快，此时桩后土拱效应较强，通过土拱作用传递到桩上的滑坡推力较大，当桩距大于5 m时，随着桩距的增大，作用在桩上的土压力值增大的幅度明显变小，说明土拱效应开始减弱，由土拱作用传递到抗滑桩上的滑坡推力值增幅减小。当桩距为6 m和7 m时，作用在抗滑桩上的土压力值基本不变，即由抗滑桩所承担的滑坡推力基本不变。
2.2 滑体抗剪强度对土拱效应的影响
桩距取4 m，滑体的粘聚力c分别取0 kPa，10 kPa， 30 kPa，50 kPa，其他设计参数不变，经数值模拟分析，可得作用在桩上的土压力随滑体粘聚力的变化曲线，如图4所示，当粘聚力小于10 kPa时，通过土拱作用在桩上的土压力值随着粘聚力的增大而增大，当粘聚力超过13 kPa时，作用在桩上的土压力值反而减小，超过30 kPa时，作用在桩上的土压力值基本不变，说明当滑体粘聚力超过一定值时，土拱效应不再增强，抗滑桩所承担的滑坡推力不再增大，这是由于粘聚力增大，土体内的抗剪强度增大，桩间土拱前的稳定土体可承担的滑坡推力亦增大。
桩距取4 m，滑体的内摩擦角φ分别取0°，10°，30°，50°，其他参数不变，经数值模拟分析，可得作用在桩上的土压力随滑体内摩擦角变化曲线，如图5所示，当内摩擦角较小时，随着内摩擦角的增大，作用在桩上的土压力值增大，且增大的幅度逐渐变缓，当内摩擦角超过30°时，由于土体内的抗剪强度增大，作用在桩上的土压力值随着内摩擦角的增大略有减小。而滑坡的下滑力是由抗滑桩和桩间土拱以前的稳定土体共同承担的，当抗滑桩所承担的滑坡推力减小时，桩间土拱前的稳定土体所承担的下滑力增大，因此，当下滑力一定时，内摩擦角超过某一量值时，桩间土拱前的稳定土体所承担的下滑力将增大。
2.3 滑坡推力对土拱效应的影响
桩距为4 m，滑坡推力分别取100 kN/m，200 kN/m，400 kN/m，600 kN/m，其他设计参数不变，通过数值模拟分析，可得不同滑坡推力作用下作用在桩上的土压力曲线(如图6所示)和桩—土荷载分担比曲线(如图7所示)，由图6，图7可知，作用在桩上的土压力随滑坡推力增大呈线性增大，桩间土拱前土体分担的荷载也随之增大，而桩荷载分担比随滑坡推力的增大而减小，但变化的幅度较小，如滑坡推力由100 kN/m增大到600 kN/m时，桩荷载分担比由0.717减小到0.676，减小了0.041，减小幅度为6%，可见，滑坡推力的大小对桩后土拱效应的影响较小。
3 结语
1)桩距的增大会造成土体位移及作用在桩上的土压力增大，当桩距增大到一定程度会造成土拱效应减弱，作用在桩上的土压力减小，使抗滑桩起不到有效的阻滑作用。
2)滑体抗剪强度指标较小时，其增大作用在桩上的土压力增大，有利于提高桩的阻滑效果，超过一定值时，因桩间土拱前土体抗剪强度较高，土拱前土体分担的荷载增大，使抗滑桩上分担的滑坡推力有所减小。
3)在桩距一定的条件下，滑坡推力的大小对桩后土拱效应的影响较小。
