某抗滑桩设计验算

某抗滑桩设计验算

案例说明

本章以实际边坡工程为例，详细介绍和讲解GEO5 2016中新增的「抗滑桩设计」模块的具体功能和使用方法。「抗滑桩设计」模块（以下简称「抗滑桩」模块）的开发参考了相关中国规范、工程手册和设计经验，并得到了很多中国工程师的建议和指导。

工程概况

本工程案例为某铁路路堑边坡支护工程，铁路路线恰好穿过边坡坡脚。施工前边坡已经发生过一次滑动破坏，滑动面比较明确，为了防止二次滑动给路基产生的毁灭性破坏，需要对边坡进行支护处理。设计采用的支护方式为：先在滑坡中部添加一排抗滑桩，接着在滑坡中下部设置片石重力式挡墙，最后再进行路堑开挖并设挡土墙。

为安全起见，这里将路堑开挖完成以后的边坡剖面作为计算剖面，即假设先挖路堑再进行边坡支护，而实际的施工顺序应为先进行边坡支护再进行路堑开挖。图28.1为滑坡初始计算剖面。

图1 边坡初始计算剖面

滑坡推力与滑体抗力计算

抗滑桩桩后滑坡推力与桩前滑体抗力需要在GEO5「土质边坡稳定分析」模块（以下简称「土坡」模块）中进行计算。首先打开「土坡」模块，设计之初，我们已经在CAD软件中绘制了边坡的剖面模型，所以在这里直接导入边坡剖面

模型即可。点击【文件】 【导入】 【将DXF文件以多段线导入】，在弹出的窗口中选择打开边坡剖面DXF文件，接着在设置窗口左侧的图层列表中勾选需要导入的地层线（注意：项目单位的选择，这里选择为“m”，偏移选择“自动定位到原点”。）

图2 模型导入设置

边坡剖面成功导入以后，在【分析设置】中确认选择的是「中国-铁路行业」，采用默认的设计安全系数1.35，即滑坡推力和滑体抗力也采用该安全系数计算。

接着在竖向模式菜单栏中点击【岩土材料】，在岩土材料界面中添加边坡岩土体材料。表1为岩土材料参数列表。

表1 岩土材料参数

图3 添加岩土材料

岩土材料添加完成以后，在【指定材料】界面中点击岩土材料图例，并将其指定给各自对应的地层分区。软件提供了三种指定岩土材料的方法，另外两种方法分别为：在地层分区上单击鼠标右键，在弹出的右键菜单中选择相应的地层材料；或在分区列表中，在材料下拉菜单中为每个分区选择相应的地层材料。

图4 添加岩土材料

图5 计算边坡的三维视图

接着，在【分析】界面中计算未支护条件下边坡的安全系数。因为边坡滑面已经确定，所以我们在这里直接计算给定滑面的安全系数。点击【文件】 【导入】 【将DXF文件以模板导入】，在弹出的窗口中选择打开边坡剖面DXF文件，接着在设置窗口左侧的图层列表中勾选滑面所在图层，其它参数选择参照前面的设置，点击确定即可将DXF滑面线作为模板导入到软件之中。接着将滑动

面选择为「折线」，点击按钮，参照模板对滑动面进行输入，输入完成以后可以点击主工具栏中的按钮，将模板隐藏显示。

图6 输入折线滑动面

接着在分析参数面板中将分析方法选择为「不平衡推力法(隐式)」，分析类型选择为「给定滑面」。设置完成以后点击「开始分析」按钮，软件快速计算出指定滑面的安全系数为1.30。

图7 不平衡推力法（隐式）计算结果

注：这里软件提醒「滑面控制点处倾角变化大于10°，计算结果可能偏危险」，我们可以将分析方法选择为「摩根斯顿法」，以对不平衡推力法（隐式）的计算结果进行校验，摩根斯顿法的计算结果显示边坡的安全系数为1.27。可见不平衡推力法(隐式)的计算结果的确偏危险。

图8 摩根斯顿法计算结果

点击添加工况[2]，在工况[2]中点击，在抗滑桩设置界面中为边坡添加一排抗滑桩。抗滑桩长11m，桩间距为6m，截面尺寸为2×2m、矩形。点击按钮，在弹出的参数窗口中参照图9进行参数设置。

图9 抗滑桩参数设置

图10 抗滑桩的三维视图

最后，在【分析】界面中计算设置抗滑桩以后指定滑面的安全系数。直接点击按钮，计算得到安全系数为 1.42，滑坡整体安全系数提高了0.12。

图11不平衡推力法（隐式）计算结果

详细的计算结果为：

注：在2016年1月底的版本更新中，将实现「土坡」模块与「抗滑桩」模块之间的数据对接，「土坡」模块中的地层剖面、岩土材料、抗滑桩、推力和抗力计算结果等数据可直接导入到「抗滑桩」模块中进行计算。

到这里，「土坡」模块中的任务就完成了，接着便可以在「抗滑桩」模块中对桩身内力、变形和截面强度等进行验算分析。当然，如果有兴趣的话，也可以在工况[3]中对设置片石重力式挡墙后的滑面安全系数进行计算。其操作过程也非常简单，首先点击添加工况[3]，在【指定材料】界面中将片石材料指定给相应的挡墙分区。

图12 指定挡墙材料

接着在分析界面中点击「开始分析」按钮，计算得到的滑面安全系数为1.84。由此不能得出挡墙支护效果优于抗滑桩的结论，因为这里假设挡墙只发生截面剪切破坏，并没有对挡墙的倾覆和滑移稳定性进行验算，而实际上挡墙的破坏往往是倾覆或滑移破坏，因此，还应对挡墙自身的稳定性进行验算。

抗滑桩强度验算

在「抗滑桩」模块中对抗滑桩的内力分布、变形和截面强度进行验算分析。

打开「抗滑桩」模块，在【分析设置】截面中选择分析标准为「中国-铁路行业」。

图13 分析设置

在【剖面土层】界面中点击按钮，添加地层线Z轴坐标5.62m（抗滑桩处滑动面埋深），这样即为边坡划分了两个岩土层。

在【水平反力系数】界面中选择水平反力系数计算方法。这里的水平反力系数即为《铁路路基支挡结构设计规范（TB10025-2006）》中的地基系数。在水平反力系数设置界面中将土的水平反力系数计算方法选择为「岩土材料参数中输入（m法、c法或K法）」，嵌固处水平反力系数初始值设置为0。

图14 水平反力系数设置

接着点击【岩土材料】，在岩土材料界面中添加滑坡岩土体材料。表2为岩土材料参数列表。

表2 岩土材料参数