抗滑桩支护结构设计与数值模拟研究

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在各种边坡破坏型式中,滑坡是分布最广、危害最为严重的一种地质灾害。我国是世界上受滑坡灾害损失最为严重的国家之一。随着我国经济建设的迅速发展,三峡工程等水利工程、高速铁路、高速公路以及汶川地震灾后重建等一大批重大工程相继启动,但在项目的实施过程中由于地形地质条件的影响和限制,均部分受到了滑坡失稳的直接危害和潜在威胁。为了保障人民生命财产安全,有关部门对滑坡非常重视,采取了积极的防治措施。抗滑桩支护结构是治理滑坡的主要工程措施之一,具有抗滑效果好、桩位设置灵活、同时在施工过程中可核查地质情况便于完善设计等优点,因而得到了广泛应用。目前,常用的抗滑桩设计方法把滑坡体和抗滑桩分开来考虑,把抗滑桩和滑坡体的相互作用简化为简单的力的作用,未考虑滑坡体和抗滑桩之间的变形、应力协调,在此种简化条件下设计的抗滑桩,其支挡效果是否有效就不能有效判断;且目前在地震动作用下的抗滑桩加固滑体的共同作用机制方面也少见研究,这样在地震区带内的抗滑桩设计就存在一定的不确定性。因此,本文以数值模拟分析为主要研究手段,在考虑抗滑桩与岩土体相互作用的基础上,对滑坡体的稳定性、设置抗滑桩后的治理效果以及地震作用下的抗滑桩加固滑体的动力响应进行了研究。同时针对单排桩难以有效支挡滑坡而需设置双排桩时,对目前理论上较难确定的双排桩所承担的滑坡推力以及桩身内力分配问题进行了系统研究。本文的主要内容如下:(1)首先阐述了抗滑桩的类型、设计要求以及设计步骤。对作用于抗滑桩上的滑坡推力分布规律和计算方法进行了论述。同时介绍了弹性抗滑桩与刚性抗滑桩的判别方式,以及相应的内力计算方法。(2)以某工程滑坡为背景,采用传递系数法计算了滑坡在自然状态下和暴雨状态工况下的稳定性系数,结果表明在暴雨状态下滑坡处于不稳定状态需要进行加固支护。同时根据设桩处条块的剩余下滑力计算了抗滑桩的桩身内力并绘制了弯矩图和剪力图。(3)以滑坡工程地质模型为基础,利用FLAC3D建立了滑体数值计算模型和抗滑桩加固滑体的数值计算模型,考虑滑坡体与抗滑桩的相互作用过程,对滑坡稳定性和设桩后的加固效果进行模拟研究。结果表明该滑坡在自然状态下发生相对较小的水平位移,坡体出现局部塑形区,还处于基本稳定状态。而在暴雨状态下,滑体发生较大位移,塑性区已基本贯通,易失稳。在设置抗滑桩后,由于抗滑桩的支挡作用,暴雨状态下坡体水平位移和塑形区明显减小,表明抗滑桩在治理此滑坡中起到了很好的作用,阻止了滑体滑移,提高了坡体稳定性。(4)地震荷载是触发滑坡失稳的重要原因,利用FLAC3D从动力角度对地震作用下滑体稳定性和坡体动力响应以及设置抗滑桩的加固效果进行初步研究。(5)系统研究了双排桩土体系中,滑坡推力和桩身内力在双排桩上的分布形式以及分配问题,并探讨了桩排距和桩间距对双排抗滑桩桩身内力的影响。综上所述,本文的特色在于:(1)基于数值模拟方法,研究了抗滑桩对滑体的加固效果;(2)对地震作用下的滑体动力响应和抗滑桩加固滑体的共同作用机制进行了初步探讨;(3)系统研究了双排桩土体系中,滑坡推力和桩身内力的分布形式和分配,并探讨了桩排距和桩间距对双排抗滑桩桩身内力的影响。
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