抗滑桩支护边坡的稳定性分析(Stability of Pile/Micro Pile Reinforced Slope)

1 引言

在地基工程中，桩的主要功能是承受垂直载荷，次要功能是承受水平载荷(水平载荷作用下桩的受力和变形分析方法)，最常见的情形是排桩，即在基坑开挖之前先在周边打桩，用来阻挡基坑开挖后的水平土压力。偶然地，桩也用于边坡支护中，即所谓的抗滑桩。这个笔记简要讨论了使用HYRCAN进行抗滑桩支护边坡的稳定性分析。

2 问题陈述

该边坡的地层如下图所示，拟使用两根抗滑桩支护边坡。地层划分为5层，由三种材料组成。

材料的物理力学参数如下所示。

3 分析步骤

(1) 在《免费边坡稳定分析软件HYRCAN最新版本Version 1.75.2》中提到，现在我们可以直接导入SLIDE产生的dxf文件，因此首先在SLIDE建立模型的几何形状，包括外部边界，材料边界和支护，然后在HYRCAN中导入SLIDE输出的dxf文件，如下图所示。

在导入过程中同时产生脚本语言，其中三个主要的参数是extboundary，matboundary，addsupport。

(2) 把上述步骤产生的hjs文件内容拷贝到我们已经制作好的分析模板中，另存为一个文件，作为新的导入文件。

(3) 导入该脚本文件，然后定义材料(definemat)包括地层和支护，指定属性(assignsoilmat)，这些步骤与之前的例子仙童，在此不再赘述。

(4) 可以直接计算，也可以导出脚本，进行微调后再作计算。

计算结果如下:

Min. FOS for Bishop Simplified Method: 1.346

Min. FOS for GLE/M-P Method: 1.315

Min. FOS for Janbu Simplified Method: 1.214

Min. FOS for Spencer Method: 1.315

4 模拟要点

桩/微型桩(Pile/Micro Pile)用来模拟微型桩或桩类型的支护系统。这种类型的支护与其他类型的支护机理不同，力的作用垂直于支护方向，而不是平行于支护方向。如同其他支护类型一样，滑动面必须与桩相交，这样支护才会对滑动面的安全系数产生影响。无论桩的方向如何，都不考虑拉伸或拔出作为桩的破坏模式，只考虑通过桩的横向剪切力。

桩的抗剪强度(Pile Shear Strength)，是指导致穿过桩的剪切破坏所需的剪切力,注意，桩的抗剪强度是以力的形式(kN)输入的。这个值是根据桩的横截面尺寸和横截面单位面积的抗剪强度计算出来的桩的总抗剪能力。如同土钉的模拟一样，施力方式通常选择"被动"。当滑动面与桩相交时，所施加的力(即桩的抗剪强度)的默认方向(Force Direction)与假定的滑动面方向一致(Parallel to Surface)。

新版的SLIDE引入了 Ito & Matsui(1975)的受力模式。该模式假定桩被塑性变形的地层包围，作用在桩上的侧向力通过从桩顶到与滑动面相交处的积分来计算。这个力取决于土的粘聚力和内摩擦角，桩的直径和垂直有效应力。因此，对于单一材料，力将随着深度的增加而增加，然而如果桩与多种材料相交将有所不同，因为它取决于材料的特性。这已经超出了本文讨论的范畴。