微型桩布置对滑坡抗滑稳定性影响的研究

为何小桩能制止大山体位移

滑坡是地球上破坏性极大的自然灾害之一，经常由地震触发或加剧。传统的保持不稳边坡的方法——例如大体量混凝土挡墙或粗壮桩基——虽有效，但造价高、施工慢，并且在狭窄或崎岖地形中难以采用。本研究考察了一种较新的、截面较小的支护形式——微型桩，并提出了一个简单而关键的问题：这些小桩在边坡内部应如何布置，才能最有效地防止地面失稳？

小型支护，大有潜力

微型桩是细长的、由钢筋加固的混凝土柱，通常直径不足三分之一米，通过钻孔后灌浆成桩。由于直径小且可用较轻便的设备施工，它们能在陡坡或受限场地上快速且灵活地布置。几十年的工程实践表明，微型桩能有效加固边坡、地基和开挖支护。然而，已有研究多集中于单桩行为或桩群整体承载力，对多根微型桩在不同几何布置下，滑坡在地震作用下的响应如何变化，关注较少。

以虚拟方式测试真实山坡

作者以甘肃海原县一处因移民安置而形成的真实滑坡为对象，该区具有明显的地震风险。研究团队建立了该边坡横剖面的详细数值模型，包含基岩、较弱的滑动带及上覆土层。首先，他们在重力作用和结合当地地震特征设计的地震动序列下，模拟了未加固时的边坡行为。结果显示，边坡在静载条件下就已处于失稳临界边缘，受地震激励时安全性进一步下降至不安全区——明确表明现实中需要额外支护。

尝试不同的桩位布置方式

接着，研究团队在边坡中下部（最便于施工且最有效的位置）引入微型桩。所有桩的长度和材料性质相同，变化的只有布置几何形态。研究比较了简单的平行网格——像棋盘一样排列的行列——与几种交错的“quincunx”布局（即每行相对前一行错开，类似骰子上的五点）。他们用三个指标评估每种布置：衡量边坡接近滑动程度的安全系数、桩内的弯矩（反映桩的受力及接近破坏的程度）以及边坡表面不同位置在地震中加速度的变化。

桩位重排究竟改变了什么

模拟结果揭示了一个微妙但重要的规律。桩位的重排对整体安全系数和边坡上地震加速度放大模式的影响相对有限。一旦桩的数量达到合理水平，各种布置都能在地震作用下把边坡安全性保持在临界线之上，表面加速度分布总体相似。相比之下，桩内的弯曲力矩对布置非常敏感。quincunx交错布局能更均匀地在前后排之间分配荷载，避免某一排出现明显峰值。土体内部的应力分布图显示，交错布置促进了桩间土体的“拱效应”，使滑动力在从一排传到下一排时逐步削减，而不是集中在窄带上。

让边坡更安全的最佳布置

在所测试的布置中，最有效的是一种前后排距逐渐减小的交错（quincunx）模式。这一组合使桩群与周围土体更像一个相互锁定的整体。它能将桩保持在安全的弯曲限度内、减少土体中的有害应力集中，同时在地震作用下仍提供必要的整体稳定性。对工程师而言，关键结论是：在桩的数量和尺寸确定后，布置方式对全局安全性的影响有限，但对地下力的分配有显著影响。精心设计的交错布局能使相同材料发挥更智能的作用，为地震易发区未来的滑坡防护工程提供切实可行的指导。

引用: Li, H., Yang, M. & Lan, Z. Research on the influence of micro-pile layout of stability of landslide resistance. Sci Rep 16, 13191 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40147-9

关键词: 滑坡治理, 微型桩, 边坡稳定性, 地震工程, 岩土工程设计