一种基于土拱效应的梯形抗滑桩侧桩选取方法

1.本发明属于抗滑桩技术领域，涉及一种基于土拱效应的梯形抗滑桩侧桩选取方法。


背景技术：

2.近年来，山地地区地质灾害频发，针对滑坡边坡等高发性地质灾害的治理，抗滑桩支护措施占有不可或缺的地位。其中，传统矩形截面抗滑桩的运用颇为广泛，究其支护作用的受力机制，矩形截面抗滑桩主要依托端承受荷面对桩后土体推力进行抵抗，其次依托桩侧的桩土摩阻作用对桩间土体进行支挡。正是由于抗滑桩的承力机制与岩土体受压不受拉的特殊力学性能，当滑坡体剩余下滑力施加于抗滑桩受荷区时，土拱效应应运而生，土拱效应的存在，对于滑坡的治理有着不可忽略的影响，随着土拱效应的发现与对其研究的发展，针对桩土作用的说法众说纷纭，现有技术中，滑坡是建设工程中常见的一种不良地质现象，在工程选址的过程中应尽量避开滑坡体，但由于受到客观条件的限制或未能探明等原因，在实际工程中仍会遇到各种滑坡问题，这时就需要采取有效的工程措施对其进行整治。
3.设置抗滑支挡结构阻止坡体的滑动是目前工程中最为有效的处理手段，其中又以抗滑桩的应用最为广泛。其基本抗滑原理是在滑坡带的适当位置处设置一系列桩，这些桩穿过滑动带进入下部的稳定地基，利用桩的锚固段来阻止坡体的滑动，结合已有抗滑桩配合土拱效应，通常会出现会削弱双拱协同传力的机制，仅仅促使单拱的发育会增大桩周土体绕流效应从而导致土拱传力机制的削弱或消失。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种基于土拱效应的梯形抗滑桩侧桩选取方法，解决现有技术仅仅促使单拱的发育增大桩周土体绕流效应从而导致土拱传力机制的削弱或消失的问题。
5.本发明的目的通过以下述技术方案来实现，包括以下步骤：s1.建立理论模型，对比成拱模型，基于水平土拱效应，选取特征剖面作为基准计算面；s2.参数假设，将与土拱效应有关的参数进行假设定义，推导计算公式；s3.特征分析，在已经假设的参数范围内，选取每个参数对应的特征值，选取后进行基于flac-3d的有限元分析；s4.建模整合，根据特征分析结果选取参数进行参数设定，进而建立三维模型；s5.模型建立，基于特征参数分析选用功能模型；s6.模拟分析，基于选取功能模型，进行模拟分析；s7.循环上述步骤s1-s6，直至选取结束。
6.需要说明的是，按照本发明步骤进行，可以有效区别于现有技术的依次进行有限元分析、模型数据分析采集、模型建立，对比分析的常规步骤进行，虽然也是进行抗滑桩的参数设置分析，但是数据普遍依托于数据模型进行，数据分析建立在平台上。
7.所述s2具体为：相关参数分别为抗滑桩桩后水平推力p；等效均布荷载q；定义梯形抗滑桩截面尺寸a
×b×
θ，其分别为桩截面上底长、截面高度以及截面底角；桩侧土拱成拱
高度为h；桩侧桩土摩阻系数μ；桩侧间距l；桩侧拱分担载荷；轴向受压模型的剪切破坏角δ，其中结合上述参数进行公式推导，得到推导公式：
8.需要说明的是，设定相关参数可以针对性的提高抗滑桩效果性能，区别于现有技术的多角度参数设定，无法更快的寻找到需要进行设定与实验的数据。
9.所述s3具体为：设定参数θ的值为45
°‑
85
°
；设定桩侧摩擦系数μ为0.15-0.3。
10.需要说明的是，设定参数为45
°‑
85
°
、设定桩侧摩擦系数μ为0.15-0.3，可以最大程度保证抗滑桩的分析选取时，可以进行高效得到实验结果，区别于现有技术的从0
°
开始到90
°
的实验，更快找到实验需要的参数设定。
11.所述s4具体为：采取ansys-workbench对梯形抗滑桩-土质边坡进行三维建模，用ansys内置boolean operations命令元对桩土接触模型进行整合，由ansys-mesh对桩土模型整体进行网格划分。
12.需要说明的是，采用ansys-workbench可以保证三维建模的数据准确度，提供较好的检测基础。
13.所述s5具体为：采用mohr-coulomb弹塑性破坏模型，桩土接触面采取摩尔库伦滑动模型，其中弹塑性破坏模型，桩土接触面采取摩尔库伦滑动模型。
14.需要说明的是，采用弹塑性破坏模型，桩土接触面采取摩尔库伦滑动模型，可以保证数据分析的结果更为准确与精细。
15.所述s6具体为：依次进行分组分析、进行不通截面侧角下的应力云图分析、监测点位移分析、不同截面测角下的位移云图分析以及接触面位移增量对比分析。
16.需要说明的是，依次进行系列分析，可以保证根据系列分析得出后的模型应力、位移分析等数据具有更强的真实性。
17.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
18.按照本发明步骤进行，可以有效区别于现有技术的依次进行有限元分析、模型数据分析采集、模型建立，对比分析的常规步骤进行，虽然也是进行抗滑桩的参数设置分析，但是数据普遍依托于数据模型进行，数据分析建立在平台上，可以高效解决当梯形截面抗滑桩上底，截面高度以及桩间距布设与桩土接触面摩阻系数保持一定时，45度到50度的截面侧角有利于加强桩侧与桩后受力面性能，双拱发挥协同作用。
附图说明
19.图1是本发明的方法流程示意图。
具体实施方式
20.请参考说明附图1，本实施例提供了一种基于土拱效应的梯形抗滑桩侧桩选取方法，该基于土拱效应的梯形抗滑桩侧桩选取方法主要用于解决现有技术仅仅促使单拱的发育增大桩周土体绕流效应从而导致土拱传力机制的削弱或消失的问题，该基于土拱效应的梯形抗滑桩侧桩选取方法已经处于实际实验使用阶段。
21.本发明的具体实施方式是建立在对于抗滑桩的特殊问题下进行，因此现有技术中的惯常技术手段无法对本发明的方法进行替代应用，需要进行特殊取值和特定方法进行。
22.实施例1
23.包括以下步骤：s1.建立理论模型，对比成拱模型，基于水平土拱效应，选取特征剖面作为基准计算面；s2.参数假设，将与土拱效应有关的参数进行假设定义，推导计算公式；s3.特征分析，在已经假设的参数范围内，选取每个参数对应的特征值，选取后进行基于flac-3d的有限元分析；s4.建模整合，根据特征分析结果选取参数进行参数设定，进而建立三维模型；s5.模型建立，基于特征参数分析选用功能模型；s6.模拟分析，基于选取功能模型，进行模拟分析；s7.循环上述步骤s1-s6，直至选取结束，所述s2具体为：相关参数分别为抗滑桩桩后水平推力p；等效均布荷载q；定义梯形抗滑桩截面尺寸a
×b×
θ，其分别为桩截面上底长、截面高度以及截面底角；桩侧土拱成拱高度为h；桩侧桩土摩阻系数μ；桩侧间距l；桩侧拱分担载荷q2；轴向受压模型的剪切破坏角δ，其中结合上述参数进行公式推导，得到推导公式：设定参数θ的值为45
°
；设定桩侧摩擦系数μ为0.15，采取ansys-workbench对梯形抗滑桩-土质边坡进行三维建模，用ansys内置boolean operations命令元对桩土接触模型进行整合，由ansys-mesh对桩土模型整体进行网格划分，采用mohr-coulomb弹塑性破坏模型，桩土接触面采取摩尔库伦滑动模型，其中弹塑性破坏模型，桩土接触面采取摩尔库伦滑动模型，依次进行分组分析、进行不通截面侧角下的应力云图分析、监测点位移分析、不同截面测角下的位移云图分析以及接触面位移增量对比分析。
24.实施例2
25.本实施例中的技术特征与实施例一中记载的技术特征基本相同，相同的技术特征以及技术方案不再赘述，在此仅叙述实施例二与实施例一之间的区别点：其中结合上述参数进行公式推导，得到推导公式：设定参数θ的值为65
°
，设定桩侧摩擦系数μ为0.20。
26.实施例3
27.实施例中的技术特征与实施例二中记载的技术特征基本相同，相同的技术特征以及技术方案不再赘述，在此仅叙述实施例三与实施例二之间的区别点：其中结合上述参数进行公式推导，得到推导公式：设定参数θ的值为75
°
，设定桩侧摩擦系数μ为0.25。
28.实施例4
29.本实施例中的技术特征与实施例三中记载的技术特征基本相同，相同的技术特征以及技术方案不再赘述，在此仅叙述实施例四与实施例三之间的区别点：其中结合上述参数进行公式推导，得到推导公式：设定参数θ的值为85
°
；设定桩侧摩擦系数μ为0.30。
30.对比例1
31.现有技术采用传统矩形截面抗滑桩，截面底角的度数为0
°
，在0
°
的基础上主要依托端承受荷面对桩后土体推力进行抵抗，其次依托桩侧的桩土摩阻作用对桩间土体进行支挡，进而抗滑桩受力面性能较弱，容易产生仅仅促使单拱的发育会增大桩周土体绕流效应从而导致土拱传力机制的削弱或消失的问题。
32.申请人根据现有技术进行对比实验，通过改变不同应力因素、底角度数后，得到了如下实验结果，从θ＝45、θ＝55截面可以看出，桩侧和桩后应力值明显大于桩间土拱区域应力，即滑坡推力经土拱结构有效传递到抗滑桩上。
33.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。