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抗滑桩作为一种有效的抗滑支挡结构,在世界各国滑坡治理工程中有着重要的地位,实践表明,与防治滑坡的传统措施如卸载、挡土墙等相比,抗滑桩能迅速、安全、经济地解决滑坡问题,且施工简便,效果突出,因而得到迅速发展,深受重视。抗滑桩包括普通抗滑桩和锚拉抗滑桩。锚拉抗滑桩相对于普通抗滑桩,受力状态更加合理。如果在桩身适当位置设置预应力锚索后,那么桩身受力状况将大大改善,它的力学模式是超静定结构。预应力锚索抗滑桩变普通抗滑桩的被动抗滑为主动抗滑结构。但对于抗滑桩是否充分发挥了抗滑能力,设计是否经济合理,还是有待进一步研究。大多数工程的桩身内力和桩顶位移的实测值远远小于设计值,所以支护结构的抗滑能力没有充分发挥,造成工程上的浪费,因而抗滑桩结构的抗滑机理和设计参数还有待进一步研究,以便为工程实际提供安全、经济合理的支护方式。故此本文主要进行以下几个方面的工作:
(1)论述了国内外抗滑桩和锚拉抗滑桩的发展背景和研究现状,已经得出的重要理论和研究实验方法,并根据本文的内容,重点介绍了锚拉抗滑桩的发展现状和理论方法,结合本文所使用的ANSYS数值模拟方法,论述了预应力锚杆(索)的数值仿真模拟发展现状和研究前景。
(2)锚杆(索)在较大拉拔力作用下,锚固段周围的土体有一部分将进入塑性状态,基于剪切位移法研究了锚杆(索)锚固段荷载传递机理和荷载特性,导出相应的弹性极限荷载和塑性极限荷载计算公式。将所得公式应用于普通锚杆和预应力锚杆的受力分析。
(3)建立基坑的平面模型和三维仿真模型,并进行初始状态的自重应力模拟,平面模型模拟获得了基坑的变形图、位移等值线图,和应力等值线图等。得到基坑的最危险滑动面位置,根据危险滑动面位置,确定预应力锚杆的锚固深度和锚固点位置。本文通过模拟二维5种不同工况,分析锚杆的合理锚固位置和合理深度。还模拟对比单排锚杆和多排锚杆对抗滑桩桩身应力和变形的影响情况,分析得到在本模型中比较合理的锚杆布置结论。桩长和桩径方面也做了多种工况模拟,并做了图表对比研究。
(4)通过三维模型的仿真模拟,得到基坑的三维模型图,并可以得到基坑三维的变形和位移等直线图,以及2排预应力锚杆(索)相互影响的范围,在该范围中的应力变化情况和应力重塑情况,根据桩间土的应力重塑范围和大小,判断基坑的稳定性和安全性,进行优化设计。