D0I:10.13374/i.issn1001053x.2003.02.005 第25卷第1期 北京科技大学学报 Vol.25 No.2 2003年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.2003 土质边坡抗滑桩机理分析 高永涛张友葩吴顺川 北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083 摘要根据土体中抗滑桩的受力特性，利用Winkler模型和欧拉-伯努利理论，推导出了 对抗滑桩的挠度表达式，并整理成“三次曲线”函数式.根据理论分析结合位于山东省泰安市 境内的205国道高峪铺公铁立交桥边坡加固工程，利用计算机数值模拟技术，对稳定状态下 抗滑桩整个桩体的轴向力和横向位移的变化情况进行了讨论，对桩体不同位置单元的抗滑 力矩和承受的剪应力随时间的变化规律进行了模拟研究. 关键词土边坡；抗滑桩；挠度；数值模拟；Winkler模型 分类号U416.14 岩土边坡稳定性问题是岩土工程领域基本 立如下方程： 而又重要的课题，在路基、堤坝、矿山、深基坑以 E0+- 及港口工程中都会经常碰到：).为了确保这些结 构的整体稳定，最常用而且最有效的方法就是在 E=-x) dx Byd (1) 土体中设置抗滑桩.迄今为止，它是在各种滑坡 d=-Mx) 治理中应用最多的一种结构体.从受力的角度 来看，治理边坡滑移，抗滑桩由于被动地承受来 =-武x) dx 自移动岩土体的压力，因而它属于被动桩，并且 式中，EI表示抗滑桩的抗弯刚度，4表示桩体的横 和岩土共同构成了一种复杂的受力体系，对于抗 向挠度，(x)表示桩体任一截面所受的剪应力， 滑桩的桩体上每一位置上的受力状况，在不同位 Mx)表示抗滑桩任一截面所受的弯矩，x)表示 置上承载状况，抗滑桩稳定状态随时间的变化等 挠度曲线的斜率，qx)表示沿桩体长度方向上分 许多问题有待进一步研究.由于受力体系的复杂 布的载荷，k表示土体刚度，x为抗滑桩的长度方 性，单纯的力学分析已经不能解决问题，而结合 向上的自变量， 实际事例利用计算机模拟和力学分析相结合的 求解这一方程可以得到如下结果： 方法，则可以相对容易地寻求到比较合理的解决 u)=e,-e:-M(x哥-x)e台7+F() 方案， )=uwxe,+M(x)2号+x)2号+Fx) (2) 1抗滑桩的力学分析 Mx)=uo(x)iEle;+0o(x)EIeg+M.(x)e:+Vo(x)ez+Fu(x) 分析抗滑桩与土体之间相互作用最适宜的 V=uEle:-0o(x)EIe;-Mo(x)ie,+Vo(x)e:+Fr(x) 式中，F(x,F(x),Fu(x)F(x)分别表示抗滑桩的不 模型就是Winkler模型.为了分析方便，将抗滑 同载荷函数，其他系数的含义如下： 桩分为两部分，其中滑移面以上的部分可以作为 定向铰支的悬臂梁，而滑动面以下可以视为Win- 奇=酷 kler弹性基础梁).根据欧拉-伯努力理论可以建 e(cosdx sinsin co ) e=cosdBx cosBx, 收稿日期20020604高永涛男，40岁，教授 1 *山东省科委科技攻关项目No.321008) e(cosdBx sinsin),第 2 5 卷 第 2 期 2 0 0 3 年 4 月 北 京 科 技 大 学 学 报 OJ u r n a l o f U n iv e r s iyt o f s e ie n e e a n d eT e h n o lo gy B e ij i n g V心1 . 2 5 N 0 . 2 A P .r 2 0 0 3 土质边坡抗滑桩机理分析 高永涛 张友 葩 吴 顺 川 北京 科技 大学 土木 与环 境工 程学 院 , 北京 10 0 0 83 摘 要 根据 土 体 中抗滑 桩 的受 力特 性 , 利用 iWnk ler 模 型和 欧拉 一 伯 努利 理 论 , 推 导 出了 对抗 滑 桩的挠 度 表达 式 , 并整 理成 “ 三 次 曲线 ” 函数 式 . 根 据理 论 分析 结合 位于 山 东省 泰 安市 境 内 的 2 05 国道 高峪铺 公铁 立交 桥边 坡加 固工程 , 利用 计算 机数 值模拟 技术 , 对稳 定 状态 下 抗滑 桩 整个 桩体 的轴 向力和横 向位移 的变 化情 况 进行 了讨论 , 对 桩体 不 同位 置 单 一 元 的抗 滑 力矩 和 承受 的剪 应 力随 时间 的变 化规 律进 行 了模 拟研 究 . 关键 词 土 边坡 ; 抗 滑桩 ; 挠 度 ; 数值 模拟 ; Wi nk le r 模 型 分 类号 U 4 16 . l + 4 立 如 下 方程 : ( l ) 扮一 . 一’时叮du<xslz 沁气 =- :一-lEdudx 岩 土 边 坡 稳 定 性 问 题 是 岩 土 工 程 领 域 基 本 而 又重 要 的 课题 , 在 路基 、 堤坝 、 矿 山 、 深基 坑 以 及 港 口 工程 中都会 经常 碰 到” , 2 , . 为了确 保 这些 结 构 的整 体稳 定 , 最 常用 而且 最 有效 的 方法 就是 在 土 体 中 设置 抗滑 桩 . 迄 今 为 止 , 它是 在 各种 滑 坡 治 理 中应 用 最 多 的一种 结 构 体 『3] . 从 受 力 的角 度 来 看 , 治理 边坡 滑 移 , 抗 滑 桩 由于被 动地 承 受 来 自移动 岩 土 体 的压 力 , 因而 它属 于 被 动桩 , 并 且 和岩 土 共 同构成 了一种 复杂 的 受力 体系 . 对 于 抗 滑桩 的桩体 上每 一 位置 上 的受 力状 况 , 在不 同位 置上 承 载状 况 , 抗 滑 桩稳 定状 态 随 时 间的变 化 等 许 多 问题 有 待进 一 步研 究 . 由于 受 力体 系 的复 杂 性 , 单 纯 的 力学 分析 已 经 不 能解 决 问题 , 而 结 合 实 际事 例 利 用 计 算机 模 拟 和 力学 分 析 相 结 合 的 方法 , 则可 以 相 对容 易地 寻 求到 比较 合 理 的解 决 方案 . 式 中 , EI 表 示 抗滑 桩 的 抗弯 刚 度 , u 表 示 桩体 的横 向挠 度 冲飞军) 表 示 桩 体 任 一 截 面 所 受 的 剪 应 力 , 洲沐)表 示 抗 滑 桩任 一 截 面 所 受 的 弯 矩 , 创义 )表 示 挠 度 曲线 的 斜 率 , q (x ) 表 示沿 桩 体 长 度 方 向上 分 布 的载 荷 , k表 示 土体 刚度 , x 为 抗 滑 桩 的 长 度方 向上 的 自变 量 . 求 解这 一 方 程 可 以得 到 如下 结 果` 5, : 1 抗 滑 桩 的 力学 分 析 分 析 抗 滑 桩 与 土 体 之 间相 互 作 用 最 适 宜 的 模型 就 是 iWkn le r 模 型 日1 . 为 了分 析 方便 , 将 抗 滑 桩 分 为两 部分 , 其 中滑 移 面 以上 的部 分可 以作为 定 向铰 支 的悬 臂梁 , 而滑动 面 以 下可 以视 为 iW n - kl er 弹 性基础 梁 ! 3] . 根 据 欧拉 一 伯 努 力理 论 可 以建 u x() 一 u x0( el) 一 0 x() 负 一 M0 x() 贵 一 风x() 音幼; x( ) x0( ) 一 u0 xk() #+e OM x() 分ha )音 + 脉) ( 2 ) 斌 工 ) = “ 0 x( )只1E 亡〕 + 氏x( )E le o十叼 x( ) el + 风x( )负十尸 “ x() V 二 u 0E eI Z一 0 x( )义E le 3 一 M0 x( 妞氏十 风x( ) el + F j x( ) 式 中 , 凡 x( ) , 凡(x ) , MF (x) , 凡x( ) 分别 表 示抗 滑桩 的不 同载 荷 函 数 , 其他 系 数 的含义 如 下 : 收稿 日期 2 0 02 刁6刁4 高 永涛 男 , 40 岁 , 教授 * 山 东省科 委科 技攻 关项 目困 。 、 3 2 10 0 8) 无 。 f 无 1专 人 二 , 二 下 . 刀 = l ~ 了; ; 亨 l 乙1 ” L斗乙 1 , ’ 一命 (一。 S` 、 一`咖二 xsP , , e , 二 e o s dxP c o sxP , 一命 `一dxP S ,咖 8 `吵 一 xsP , , DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2003. 02. 005