0.引语
最近一个月内不断有由山体滑坡导致河流断流并形成堰塞湖的新闻：10月10日西藏白格村附近发生山体滑坡，堵塞金沙江干流河道并形成堰塞湖，并且在11月3日发生二次滑坡；10月17日西藏加拉村附近发生山体滑坡，堵塞雅鲁藏布江干流河道并形成堰塞湖。
在这几次山体滑坡引发的灾害里，科研人员及时确定灾害规模，政府及时宣布灾害级别，技术部门拿出解决方案，行政部门迅速转移群众，下游水库执行统一调度安排，一切都显得井然有序从容不迫。“等待江水自然溢流”的提案是现场专家组给出的最优解，不过这个最优解稍微显得当前人类技术的无可奈何，毕竟这几次事件中的堰塞湖以及山体滑坡规模巨大。而滑坡作为分布最广、危害程度严重的地质灾害也可见一斑。
既然对大规模滑坡无能为力，那么，对于规模不那么大的滑坡，工程界的技术人员们都有哪些防患于未然的常用手段呢？
这里我们先给出滑坡的严谨定义：滑坡是岩质或土质斜坡的局部稳定性无法维持，在重力或其他荷载作用下，岩土体沿其软弱破裂面整体下滑的地质灾害[1]。上述的几次大规模滑坡明显都是在重力作用下发生的。而由自重引起的滑坡，内在因素就无非是岩土松软、地势陡峭、干湿交替、构造面发育之类的要素。
在土木工程界，至今为止出现的针对滑坡的支挡与加固措施有：挡土墙、锚杆挡土墙、加筋土挡土墙、锚定板挡土墙、土钉墙、抗滑桩、预应力锚索等等 [2]。而这篇文章讨论的是其中的抗滑桩。
抗滑桩（anti-slide pile）是穿过滑坡体深入于滑床的桩柱，也就是说在陡坡或者可能出现滑坡的地方，用钢筋混凝土等材料浇筑成巨大的柱形，并使之立足于稳定岩层之中，从而抵抗岩土体的下滑。
1.抗滑桩的各方面概况
1.1抗滑桩的类型
前文提到由于岩土松软、地势陡峭程度等状况多种多样，为了应对多种多样的滑坡状况，工程师们因地制宜开发出了多种类型的抗滑桩。如果按结构形式来分类，抗滑桩大致分为：单排抗滑桩、椅式桩墙、Ⅱ形刚架桩、排架抗滑桩、预应力锚索抗滑桩、微型桩群加锚索等。除此之外还可以根据桩身材料（钢筋混凝土、钢筋等）、施工方法（挖孔、贯入、沉井等）、断面形式（圆、矩形、正方形）来分类。
以笔者所在工地的隧道边坡为例，工程中最常用的抗滑桩类型为：单排结构、钢筋混凝土材料、挖孔施工、矩形断面。
1.2抗滑桩的优势
作为边坡支挡结构界的劳模，抗滑桩相较于其他类型的支挡结构具有以下优点：
(1) 以较小的圬工量取得较高的抗滑能力。“圬工量”一般用来指大体积结构物（例如用混凝土浇筑成的大块体）的体积，由于边坡支挡结构通常规模巨大，因此圬工量往往成为工程造价的决定性因素。相较于依靠自重来平衡岩土压力并因此圬工量巨大的挡土墙，合理利用钢筋抗拉性能的常见的钢筋混凝土柱抗滑桩则很好地削减了圬工量，同时又具有不俗的抗滑能力。因此在设计惯例中，当桩后滑体推力低于20吨时可考虑采用挡土墙；高于20吨时可考虑采用抗滑桩。
(2) 桩位可根据需要灵活布置。抗滑桩是由一根根柱子按照一定间距排列而成，不像挡土墙那样只能连续布置成一道墙。因此我们可以将抗滑桩布设于滑坡体中最有利于抗滑的位置，对症下药地解决滑坡问题。
(3) 施工设备较为简单，施工便捷、安全，工期短。当前桩基施工体系已非常成熟，成排的抗滑桩可以按照一定间隔同时进行施工，且施工工作面富余；并且由于圬工量不多，因此施工过程中土方开挖量较少，从而尽量减少施工过程中边坡突然失稳下滑的可能性。
(4) 开挖桩孔的同时可直接校验地质情况。开挖桩孔时可以对取出的岩土体进行各项力学特性的试验，试验结果能够对地质勘察设计文件进行检验，从而能及时发现问题并根据需要实施补救措施，最大限度保证施工安全、滑坡体稳定和结构受力条件的合理性。
1.3抗滑桩的适用条件
前面也提到了抗滑桩是边坡支挡结构界的劳模，因此抗滑桩的适用范围非常广。不过细心的朋友一定发现了，由于抗滑桩是由一根根柱子按照一定间距排列而成，也就是说桩与桩之间存在间隙，因此需要依靠土拱效应避免土体从间隙跑出来。除此之外，抗滑桩有两种途径来承担由岩土体形成的推力，一种是依靠抗滑桩桩下部嵌入的岩土体的侧向阻力，另一种是抗滑桩另一侧的岩土体的被动抗力。
基于以上两点，使用抗滑桩应满足以下条件：
(1) 滑坡具有明显滑动面。
(2) 滑坡体不具有流塑性，桩能形成土拱效应。
(3) 滑动面以下应为较完整岩层或密实土层，能够提供足够的锚固力。
2. 抗滑桩的设计和计算简介
本节较为全面而简略地阐述抗滑桩设计计算的原理。这部分涉及具体的设计理论，没兴趣的朋友可以选择跳过。
2.1 抗滑桩的布置
布置抗滑桩的时候一般要考虑以下几点：
（1）前面提到为了对症下药解决滑坡问题，一般将抗滑桩布设于滑坡体中最不利位置。
（2）为了形成侧向土拱效应，桩间距宜为6~10米。如此设置桩间距还可保证一定的施工工作面，避免由于空间狭小而挪展不开手脚并因此浪费时间。
（3）桩的截面形式一般采用矩形截面，这是因为矩形截面有利于抗弯和抗剪。
（4）抗滑桩的布置应为了满足承载力要求以及规范的其他要求而加以调整。
2.2 抗滑桩的荷载
既然抗滑桩是抵抗滑坡的结构，那么抗滑桩受到的荷载自然就是滑坡体的下推力。除此之外，上文提到过抗滑桩抵抗下推力的两种途径，也就是嵌固段的岩土体的侧向阻力和另一侧岩土体的被动抗力。因此在设计抗滑桩时主要考虑上述三种荷载。相对地，桩侧壁摩阻力、桩底反力、桩身自重等次要的荷载可忽略不计。
（1）计算滑坡体的下推力时，先把滑坡体抽象成数学物理模型。根据滑面的产状和岩土性质的不同，将滑体沿滑动主轴方向划分为若干铅直条块，即图2-1所示的滑块。计算中假定滑块为连续而无压缩的刚塑性体，其横向宽度按每米计算，并忽略刚塑性体两侧的摩擦阻力。在各滑块分界面之间由后向前依次传递的剩余下滑力，即为该滑块所受的滑坡体下推力。
任取一滑块作极限平衡下的静力分析，则作用于滑块上的在任何情况下必须考虑的力系包括：滑体自重，滑面抗滑力，滑面支持力，上一滑块传递来的剩余下滑力，下一滑块传递来的剩余下滑反力，如图2-2所示。
（2）嵌固段的岩土体侧向阻力的定义是：抗滑桩将滑坡推力传递至滑动面以下锚固段地层时，滑动面以下桩周岩土体受力后发生变形，进而产生作用于桩身的锚固段岩土体侧向阻力。
锚固段岩土体侧向阻力作为待定的未知量之一，其量值取决于岩土体力学性质及其与桩身的相互作用。一般通过解算锚固段桩身的挠曲线微分方程，得到锚固段桩身任意位置的变位，进而根据文克勒地基梁理论，求解得沿桩身分布的岩土体侧向阻力。
（3）另一侧岩土体的被动抗力的含义是：抗滑桩将滑坡推力传递至滑动面以上桩前滑体时，桩前滑体受力后发生变形，进而产生作用于桩身的桩前滑体反力。根据设桩位置及桩前滑坡体的稳定情况，抗滑桩可分为悬臂式和全埋入式。
当桩前不存在滑体或者滑体存在滑移的可能性时，则不应计及其抗力，而应将抗滑桩受荷段视为悬臂梁进行计算。
当桩前滑坡体足以保持稳定，则抗滑桩属于全埋入式，此时根据对桩前滑体反力处理方式的不同，有两种计算方法：①将桩前滑体反力视为已知荷载，取设桩处滑块在稳定系数下剩余下滑力与被动土压力的较小值，并取其分布形式与桩前滑坡推力的分布形式保持一致；②将全桩视为弹性地基上梁，根据滑动面以上及以下的地基系数求解沿桩身分布的桩前滑体反力。实践中常采取较为简便的第一种方法。
2.3 抗滑桩桩身设计计算方法概述
抗滑桩设计计算方法可分为：悬臂桩法、地基系数法、有限元等数值分析法。
(1) 悬臂桩法：将抗滑桩在滑动面以上部分视为承受桩后滑坡推力、桩前滑体反力的悬臂梁，将抗滑桩在滑动面以下部分视为固定端并采取弹性地基梁法进行计算。首先根据抗滑桩在滑动面以上部分承受的桩后滑坡推力、桩前滑体反力作为已知力系，计算滑动面以上部分桩身内力；随后以滑动面处桩身弯矩值和剪力值作为已知力，根据滑动面以下桩周岩土体地基系数，计算滑动面以下桩身内力和变位。
(2) 地基系数法：将全桩视为弹性地基上梁，根据滑动面以上及以下的地基系数求解沿桩身分布的桩前滑体反力和锚固段地层抗力。由于未考虑滑面对受力情况的影响，因此仅当求出的桩前滑体弹性抗力低于桩前滑体实际具有的抗力时，地基系数法可求解得到合理结果。
(3) 有限元法：将抗滑桩及桩周岩土体离散化为以一定方式连接成的众多单元，随后建立整体刚度矩阵并求解得出所需的力学参数。以有限元为代表的数值分析法能借由计算机的运算能力得到较为精确的结果。
2.4桩身结构承载力设计
抗滑桩桩身结构承载力设计部分，实际上与土木工程专业本科教材《混凝土设计原理》里的方法并无二致。只要将抗滑桩视为受弯构件，按部就班进行正截面抗弯承载力和斜截面抗剪承载力计算即可。
由于抗滑桩属于大断面地下结构，由桩身裂缝过大引起的钢筋局部锈蚀对桩身强度影响较小，故无特殊要求时，可不进行正常使用极限状态验算，仅按照承载能力极限状态进行设计即可。
2.5抗滑桩加固滑坡稳定性分析
滑坡稳定性通过稳定系数和安全系数进行定量分析。其中，滑坡稳定系数是指沿假定滑裂面的抗滑力与滑动力的比值；安全系数指滑坡治理后应该达到的稳定程度，是一个主观目标值[3]。具体计算就不在这里展开了，有兴趣的同学可移步相关资料。
3 国内外研究动态
岩土工程发展至今，已有许多国内外学者致力于抗滑桩的研究并取得较多研究成果。这些研究主要集中在5个方面：边坡稳定分析、边坡可靠度分析、抗滑桩设计计算、抗滑桩的土拱效应、抗滑桩加固边坡动力响应。由于这部分内容主要是文献综述，对此不感兴趣的朋友可以选择跳过。
3.1边坡稳定分析研究概况
至今已有许多国内外学者致力于边坡稳定分析研究，并已取得较多研究成果。根据分析理论的不同，边坡稳定分析方法主要有：基于条分法的极限平衡法、有限元法、基于塑性理论的极限分析方法等，其中前两种方法应用较多。
基于条分法的极限平衡法遵循莫尔-库伦强度准则且仅考虑静力平衡条件。Bishop[4]发展了基于条分法的极限平衡法，并定义滑坡稳定系数为滑裂面抗剪强度与滑坡推力之比；Chen等[5]提出安全系数解析法，从根本上解决了数值分析的收敛问题；沈蒲生等[6]提出了基于边坡稳定分析普遍极限平衡法原理的数值积分解法。
有限元法方面，Kim等[7]研究全滑面安全系数，并利用有限元应力场求解各高斯点的应力，提出对非圆弧滑面的改进搜索。史恒通等[8]采用有限元法对安全系数的定义方法进行探讨。
极限平衡法：Woodward等[9]采用有限元法研究三种不同坡角下护坡对刚性地基上边坡稳定性的影响，并用条分法对结果进行验证对比。刘金龙等[10]分析了各种失稳判断依据的合理性，采用强度折减有限元法进行边坡稳定性分析，并与极限平衡法所得结果进行对比。
3.2边坡可靠度分析方法研究概况
抗滑桩设计计算中需充分考虑抗滑桩与滑坡岩土体相互作用，由于岩土体受力变形的复杂性，可靠度方法逐渐应用到抗滑桩结构设计中。针对抗滑桩的结构功能函数难以获得显式解析解，国外学者Wong[11-12]、Faravelli[13-14]等提出结构可靠度分析的响应面法。随着研究的深入，响应面法先后得到学者们的改进，如Bucher等[15]。
随着可靠度理论的发展和对岩土工程认知的深入，国内学者逐步将新理论应用到边坡稳定可靠度分析中。苏永华等[16]利用试验数据对安全系数计算方程进行拟合，并建立近似极限状态方程；黄超等[17]推导了下滑力安全系数的显式表达式并给出边坡可靠度分析的极限状态函数；吕玺琳等[18]建立了模糊随机可靠性分析模型并推导了模糊随机可靠度计算公式。
3.3抗滑桩设计计算研究概况
针对抗滑桩设计计算方面的研究大多着眼于抗滑桩与滑坡岩土体之间的相互作用。Begemann等[19]根据试验结果及工程经验，假设无桩时滑体推力并将其作用于桩身，进而计算桩身内力和变位，Jinoh Won等[20]分别桩身视为等值板墙模拟，求解其内力和变位。戴自航[21]根据抗滑桩现场试验资料，提出滑坡推力和土体抗力分布函数，依据滑坡岩土体性质选取适宜的分布函数，优化抗滑桩设计。杨涛等[22]提出以定点剪出稳定性核算为基础的滑坡推力分布形式分析计算方法；自上而下逐点计算滑坡推力，得到相邻两点间滑坡推力增量，按照自上而下顺序确定桩身滑坡推力分布形式。
3.4抗滑桩土拱效应研究概况
随着数值模拟方法的普及以及试验手段的发展，针对抗滑桩土拱效应的研究日趋增加。
Vermeer P A[23]利用PLAXIS程序对桩后土拱效应进行二维有限元模拟，所得主应力分布图中可明显观测到土拱效应的存在。向先超等[24]利用PFC程序对影响抗滑桩各类因素进行离散元模拟，得出土拱在破坏后尚存在参与强度。崔海浩等[25]通过建立室内模拟箱，对悬臂式抗滑桩土拱效应进行研究，得到较为直观的成拱形状，并根据试验观测数据分析土拱形成过程及其机理。
3.5抗滑桩加固边坡动力响应研究概况
地震是诱发边坡失稳的主要因素之一，为此较多学者对抗滑桩加固边坡动力响应进行研究。Al-Defae等[26-27]采用土工离心机进行抗滑桩加固砂质边坡的离心试验，并对预制混凝土和弹性桩在受力性能及稳定性等方面进行对比。汪鹏程等[28]对地震作用下抗滑桩结构进行数值模拟受力分析，计算得到抗滑桩应力和变位并与挡土墙在相同工况下的应力和变位进行对比分析；雷庆兰等[29]采用ABAQUS对地震作用下有抗滑桩边坡与无抗滑桩边坡进行对比，结果表明设有抗滑桩的边坡具有较高的抗震性能。
4 抗滑桩发展趋势
4.1结构形式发展趋势
抗滑桩的结构形式发展至今，已从早期的单排抗滑桩，发展出了椅式桩墙、Ⅱ形刚架桩、排架抗滑桩、h型排架抗滑桩、预应力锚索抗滑桩、微型桩群加锚索、底部加设锚杆的抗滑桩等结构形式。
椅式桩墙由内桩、外桩、承台、上墙和拱板共计5部分组成，由拱板支撑桩后滑坡体，并通过内外两排桩传递至锚固层地层。内外两排桩通过刚性承台组成框架并共同受力，可承受较大弯矩，在软弱地层尤具优越性。
Ⅱ形刚架桩、排架抗滑桩、h型排架抗滑桩均为内桩受拉、外桩受压的内力分布模式，每排桩由两根竖向桩和一根横梁组成，可承受较大推力。这三种结构形式略有差异，分别适用于不同地质条件。
预应力锚索抗滑桩通过在桩顶附近设置预应力锚索，改变了悬臂的受力状态，使得抗滑桩受力更为合理。
微型桩群加锚索由预应力锚索、微型桩和L形混凝土压梁组成，属于轻型抗滑结构。
底部加设锚杆的抗滑桩在结构分析中可认为桩底为固定端，进而使抗滑桩受力更为合理。
4.2研究发展趋势
对于抗滑桩的研究发展趋势如下：
(1) 针对抗滑桩加固滑坡效果的研究方法日渐多样化。数值分析程序在各类岩土工程问题分析中得到广泛应用，使得对复杂岩土工程问题的研究变得相对简单、分析问题也更加深入细致；监测仪器的研发和改进有利于获取现场监测数据，而通过监测手段和模型试验研究抗滑桩加固效果的方法也越来越广泛被采用，研究结果也更加符合实际工程情况。
(2) 数值模拟方法推动抗滑桩加固滑坡效果的研究。基于有限差分法和有限单元法，在抗滑桩加固滑坡的稳定性评价、桩土相互作用、桩间土拱效应等方面的研究取得大量成果。随着试验仪器和测试水平的提升，加之水土耦合理论的发展，更加真实的材料参数及本构模型会被广泛地应用于抗滑桩数值模拟分析，使得计算结果更为接近实际工程情况。
参考文献：
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来源：知乎 www.zhihu.com
作者：一米六
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