GEO5抗滑桩模块与理正抗滑桩计算结果对比
在各位岩土工程师的敦促建议下，GEO5一直在不断地进行功能改进和优化，研发了抗滑桩模块。有些习惯使用理正抗滑桩设计软件的用户会对GEO5的计算结果缺乏信心，实际上作为一款具有近三十年研发历史的岩土设计软件，GEO5在国内外已经过无数岩土工程师的检验，并在业内赢得了良好的信誉和口碑。本文以两个简单的抗滑桩工程算例为样本，就GEO5抗滑桩模块的计算结果与理正抗滑桩的计算结果做一个简单的对比。
1 算例一：嵌固段为土体
1.1 算例概要
抗滑桩长度为16m，截面为矩形，桩宽1.0m，桩高1.5m，桩间距为4.0m；桩身混凝土型号为C30，纵筋型号为HRB400，桩前坡面深度2m，桩后土层高度4m，长度10m。土层为粉质砂土，桩后下滑力为200kN/m，桩前抗滑力为0kN/m，矩形分布，水平反力系数计算方法采用m法，水平反力系数初始值取80MN/m3。表1.1为粉质砂土层物理力学参数表，图1.1为抗滑桩计算模型。
表1.1 土层物理力学参数表
图1.1 抗滑桩模型
1.2 GEO5计算结果
使用GEO5抗滑桩模块进行计算，计算结果如图1.2，显示桩身最大位移值为38.5mm，最大弯矩为1121.30 kN·m/m，最大剪力为368.38 kN/m。
注：这里所示GEO5的内力结果单位为每延米。
图1.2 GEO5抗滑桩（嵌固段为土体）位移、弯矩、剪力包络图
1.3 理正计算结果
使用理正抗滑桩进行计算（图1.3），计算结果显示桩身最大位移值为40mm，最大弯矩为4378.500kN·m，最大剪力为1204.919kN。
图1.3 理正抗滑桩（嵌固段为土体）位移、弯矩、剪力包络图
注：默认情况下GEO5不会对抗滑桩的刚度进行折减，所以使用理正进行计算时需将“刚度折减系数K”设置为1.0。
1.4 计算结果对比
默认情况下GEO5给出的最大弯矩和剪力是每延米的计算结果，在和理正进行对比时，需要将计算结果乘以桩间距，这样得到结果的才是每根桩的最大弯矩和剪力。
表1.2 抗滑桩（嵌固段为土体）计算结果对比
1.5 计算结果说明
表1.2中可以看到GEO5的计算结果中位移和弯矩与理正接近，但是剪力相差较大。误差产生的原因在于GEO5和理正在处理嵌固段土体的变形行为方面略有不同。关于嵌固段的计算细节，各规范中并没有给出明确说明。因此，对于不同的滑坡推力大小，理正和GEO5的计算结果始终有一定的误差。
以本例为据，说明GEO5和理正中对抗滑桩嵌固段处理的不同之处。
下图为GEO5中嵌固段土体反力的计算结果：
图1.4 Geo5抗滑桩（嵌固段为土体）土压力示意图
从图中可以看到，GEO5中嵌固段被动区土体反力随结构变形变化，且不能大于被动土压力，超过部分自动调整至被动土压力，土体进入塑性状态。嵌固段主动区为土体作用力也随结构变形变化，且不能小于主动土压力。这里可以注意到，桩下部发生了反向，因此，土压力也发生了反向。
由于GEO5考虑了土体弹塑性，采用迭代的方法来判断嵌固段的承载力，因此，无需采用简化方法来验算土体横向承载力，计算结果不收敛时，即为土体横向承载力不满足要求。该计算方法的依据为《铁路路基支挡结构设计规范 TB10025-2006》中的条文说明10.2.10，如下：
抗滑桩在侧向荷载作用下 发生转动变位时，桩前的土体产生被动土压力，而在桩后的土体 产生主动土压力。桩身对地基土体的侧向压应力一般不应大于被 动土压力与主动土压力之差。在工程设计中，要使锚固段完全满足要求，有时会很困难，所以根据多年的工程经验，满足滑动面 以下深度h/3 和h (滑动面以下桩长)处的横向压应力应小于 或等于被动土压力与主动士压力之差即可。此时滑动面以下h/3 深度范围内进入塑性区。(10.2.10)
在GEO5中，通过观察被动区土反力的大小，即可以快速判断嵌固段塑性区的深度 – 即被动区土体反力等于被动土压力或土的水平反力系数调整为零的区域。
下图为理正中嵌固段土体反力的计算结果：
图1.5 理正抗滑桩（嵌固段为土体）土压力示意图
从图中可以看到，理正中嵌固段被动区反力的大小并没有按照弹塑性考虑，土体反力可以大于被动土压力，且不考虑桩后产生的主动土压力，且计算被动土压力时没有考虑上覆滑体超载的影响。
从理论上讲，GEO5对于嵌固段土体行为的假设更为合理，也符合《铁路路基支挡结构设计规范 TB10025-2006》中的条文说明10.2.10的描述。
2 算例二：嵌固段为岩体
2.1 算例概要
抗滑桩长度为10m，截面为矩形，桩宽1.0m，桩高1.5m，桩间距为4.0m；桩身混凝土型号为C30，纵筋型号为HRB400，桩前坡面深度4m，桩后土层高度1m，长度3m。土层为粉质砂土，桩后滑坡推力为60.07kN/m，桩前抗滑力为0kN/m，矩形分布，水平反力系数计算方法采用K法，水平反力系数初始值取0MN/m3。抗滑桩桩身嵌岩，嵌岩段桩长6.0m。表2.1为岩土体物理力学参数表，图2.1为抗滑桩计算模型。
表2.1 土层物理力学参数表
图2.1抗滑桩桩身嵌岩模型
2.2 GEO5计算结果
使用GEO5抗滑桩模块进行计算，计算结果（如图2.2）显示，桩身最大位移值为11.2mm，最大弯矩为162.18kN·m/m，最大剪力为60.89 kN/m。
注：这里所示GEO5的内力结果单位为每延米。
图2.2 GEO5抗滑桩（嵌固段为岩体）位移、弯矩、剪力包络图
2.3 理正计算结果
使用理正抗滑桩进行计算，计算结果显示桩身最大位移值为15mm，最大弯矩为682.688kN·m，最大剪力为237.593kN。
图2.3理正抗滑桩（嵌固段为岩体）位移、弯矩、剪力包络图
注：默认情况下GEO5不会对抗滑桩的刚度进行折减，所以使用理正进行计算时需将“刚度折减系数K”设置为1.0。
2.4 计算结果对比
默认情况下GEO5给出的最大弯矩和剪力是每延米的计算结果，在和理正进行对比时，需要将计算结果乘以桩间距，这样得到结果的才是每根桩的最大弯矩和剪力。
表2.2 抗滑桩（嵌固段为岩体）计算结果对比
2.5 计算结果说明
表2.2中可以看到GEO5的计算结果中弯矩和剪力与理正接近，但是位移相差较大。误差产生的原因在于当抗滑桩下部桩身转向时，理正并不考虑桩后岩体产生的抗力（图2.5），而GEO5中会对此进行考虑（图2.4）。
因此，从理论上讲，GEO5对于嵌固段土体行为的假设更为合理。
图2.4 GEO5抗滑桩（嵌固段为岩体）土压力示意图
图2.5 理正抗滑桩（嵌固段为岩体）土压力示意图
3 结论
由算例1和算例2可知，理正中土体和岩体嵌固段的计算方法并没有本质区别，仅仅在计算嵌固段的横向承载力方法上有所区别。而GEO5中根据岩体和土体的应力应变行为不同，采用了不同的假设条件，更加符合实际情况。
关于GEO5中土体嵌固段和岩体嵌固段区别的详细说明，点击这里《抗滑桩计算中土体嵌固段和岩石嵌固段的区别》。
注：GEO5 2020及之后版本支持滑面以下按弹性考虑或者弹塑性考虑，用户可以根据使用需求自行选择。
