悬臂式抗滑桩桩前被动土拱效应研究

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1、悬臂式抗滑桩桩前被动土拱效应研究摘要：基于1∶10的抗滑桩与土体相互作用模型试验，对悬臂式抗滑桩桩前被动区土体的成拱效应趋势做了初步探讨，利用ANSYS对悬臂式抗滑桩桩前被动土拱效应的形成过程及其影响因素进行数值分析，研究了桩身水平位移、桩间距、土体黏聚力和内摩擦角等因素对被动土拱效应的影响。结果表明：相邻两桩桩前一定范围内土体中会产生被动土拱效��，且随着桩身水平位移的增加和沿桩深度的减小，被动土拱效应增强，土拱范围变大；随着桩间距的增加，被动土拱效应减弱，土拱形态先变陡峭而后逐渐变平缓；土体黏聚力与被动土拱效应呈正相关关系，而土体内

2、摩擦角对被动土拱效应的影响较小。中国8/vie　　关键词：悬臂式抗滑桩；被动土拱效应；模型试验；数值分析；黏聚力；内摩擦角　　中图分类号：TU473.1文献标志码：A　　Abstract：Basedonthe1∶10physicalmodeltestonsoil-pileinteraction，theformationtendencyofsoil-archingeffectinpassiveareasbeforecantileveranti-slidepilesinarily.Inaddition，theanalysisofnumeri

3、calmodelationprocessandinfluencefactorsofpassivesoil-archingeffectbeforecantileveranti-slidepilesbyusingANSYS，theinfluencesofhorizontaldisplacementofpile，pile-space，soilcohesionandinternalfrictionangleonpassivesoil-archingeffectentofpileandoothgradually.Thesoilcohesionpl

4、aysapositiveroleinpassivesoil-archingeffect，buttheinternalfrictionanglehaslittleinfluenceonpassivesoil-archingeffect.　　Keyodeltest；numericalanalysis；cohesion；internalfrictionangle　　0引言　　滑坡治理一直是中国地质灾害防治的重要任务之一，悬臂式抗滑桩作为一种以横向受力为主的支挡结构物，因其对周边地质体的扰动相对较小，施工便捷，被广泛应用于滑坡治理等工程中。桩和

5、土体之间的相互作用问题一直是抗滑桩加固机制和设计理论研究的核心问题。在侧向荷载作用下，由于桩和土体之间的相互作用而产生了所谓的“土拱效应”，土拱现象最早由Terzaghi[1]基于活动门试验提出，Ladanyi等[2]、Wang等[3]、Chen等[4]先后通过理论、试验和数值方法验证了土拱效应的存在。中国学者由不同土拱形态及破坏形式得到了形式各异的临界桩间距计算公式[5-10]；李邵军等[11]基于土力学和弹性力学理论得到了桩后土体水平截面内任意点的应力解析解，根据应力等值线得到了4种土拱形态，并分析了桩间距、桩宽、桩后距离及土的力学

6、特性对土拱效应的影响及变化规律；此外，部分学者对桩间土拱效应进行了二维及三维数值研究[12-15]，探讨了土拱效应与桩间距等因素之间的关系；杨明等[16]采用PFC2D对抗滑桩桩间土拱效应进行细观数值模拟，研究了二维条件下桩间土拱的形成及破坏过程。　　Norris[17]根据主动桩的桩土相互作用特点，以及土性参数对单桩水平承载力特点的影响规律提出了应变楔模型。在水平力作用下，悬臂式抗滑桩桩身结构通过自身刚度和强度以及桩土相互作用将所受滑坡推力（荷载）传递到桩前一定范围的土体中，此时桩前土体会产生一个应变楔形体（抗力楔形体）以抵抗桩体的变

7、形和位移。因为相邻桩的相互影响，使得桩前被动区土体中的附加应力出现相互影响和叠加，桩前土体产生相对不均匀位移，随着这种相对不均匀位移的增加，土颗粒之间的“楔紧”效应不断增强，从而在桩前出现被动土拱效应。　　在上述有关悬臂式抗滑桩与桩周岩土体的相互作用研究中，对桩前被动土拱效应的研究还罕见报道。鉴于此，本文首先基于1∶10的抗滑桩与土体相互作用物理模型试验，对矩形悬臂式抗滑桩桩前被动区土体的成拱效应做了初步探讨，并利用有限元软件ANSYS对悬臂式抗滑桩桩前被动土拱效应的形成过程及其影响因素进行了三维数值分析。