抗滑桩计算中土体嵌固段和岩石嵌固段的区别

摘要：阐述了GEO5「抗滑桩设计」模块中桩身嵌固段为土体和岩体时的区别及其应用。

通常情况下，在其他岩土设计软件中并不区分抗滑桩的桩身嵌固段为土体或岩体，分析中默认桩身嵌固段在岩体中，但是土体和岩体的力学特性不同，不能按相同的方式考虑：

1、岩体对桩身不会产生主动压力，而土体会产生主动土压力；

2、岩体按弹性材料考虑，分析时岩石反力可以达到任意值，最终验算最大应力是否大于岩石的横向承载力，而土体按弹塑性材料考虑，最大应力不能大于被动土压力，最小应力不能小于主动土压力。

如果土压力嵌固端也按照岩石嵌固端考虑，就会得到不正确的结果，所以在GEO5「抗滑桩设计」模块中可以将岩石嵌固段和土体嵌固段分开考虑。如图1，点击「岩石」界面按钮，然后再窗口下方会出现岩石嵌固段的岩体设计参数，本案例我们嵌固深度设置为3m，如图2。

图1 设置岩石嵌固段

图2 岩石嵌固参数设置

下面通过一个简单的例题说明在GEO5「抗滑桩设计」模块中进行同种条件下嵌固段不同对分析结果的影响，证明区分的土体和岩石嵌固段的必要。

首先打开抗滑桩设计模块，打开软件自带案例，如图3。

图3 打开软件自带案例

然后再重新打开一个新的「抗滑桩设计」文件，通过“文件 - 复制数据（粘贴数据）”将刚刚打开案例的数据复制到新文件中。在文件1中，选中右侧菜单栏的「岩石」，输入嵌岩段桩长，这里设置成3m。在文件2中不勾选“桩身嵌岩”，即嵌固端均为土体。

分别在两个文件中点击右侧“分析”界面按钮，如图4。在下部窗口出现分析结果。

图4 桩身作用力和位移分析结果

分别对文件1和文件2分析之后可看出：嵌岩段为3m的土压力+位移图和无嵌岩段的土压力+位移图有明显的差别，如图5、图6。图5岩体嵌固段3m，可以发现有明显的过渡区不连续，岩体不能对桩产生主动压力，在图6中土压力连续变化，土体对桩身产生主动土压力。同时，岩体嵌固段的反力可以无限增大，而土体嵌固段超过被动土压力部分则进入塑性状态，不再增大，可以看到图6土体嵌固段上部分土压力已经达到被动土压力。所以相同的参数下，土体嵌固段（文件2）的桩身位移更大。同时，当设置岩石嵌固段后，计算结果中还包含了岩石最大横向反力是否小于岩石横向承载力的验算，而对于土体，则通过弹塑性方法间接验算了被动区承载力是否满足要求，如果计算结果不收敛，则说明土体被动区完全破坏，需修改设计方案。

图5 嵌岩段为3m的土压力和位移图

图6 无嵌岩段的土压力和位移图

可以看出，当嵌固段为土体时，如果我们还是按照岩体考虑，计算结果将偏危险。借助GEO5分别设置岩石嵌固段和土体嵌固段的功能，可以更加真实的反应嵌固段的应力应变行为，计算结果更加合理，而这是其他抗滑桩设计软件无法做到的。