雨水作用下土坡微型桩群加固机理研究

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理论与工程实践表明,微型桩可提高土坡抗滑性能,改善潜在滑坡中滑体与滑床间荷载传递效应。与刚性桩相比,微型桩的理论研究还较少,也影响了工程设计及其应用。故本文采用考虑土压力影响的土体模量函数,建立了考虑雨水吸应力影响的抗剪强度折减法,对微型抗滑桩的抗滑机理进行研究,分析其内力分布规律,探索适合工程应用的微型桩抗滑结构设计方法,力求充分发挥抗滑微型桩的性能。具体研究了以下几个方面:
  (1)本构模型参数:基于正常固结土的压缩曲线函数、非饱和土的体应变表达式,建立了考虑有效应力和基质吸力的体积模量函数、剪切模量函数,并实现了基于FLAC3D有限差分数值计算。
  (2)新的抗剪强度折减法:基于LuNing提出的吸应力原理,将非饱和土的抗剪强度折减法进行改进,即采用不同方法折抗剪强度中的有效摩擦角项、粘聚力项。与传统抗剪强度折减法不同,改进后的方法将粘聚力分为机械咬合力和吸力,然后分别对其进行折减,并基于FLAC3D有限差分软件,开发了适用的应用程序。基于吸应力理论的非饱和土抗剪强度折减法更符合强度折减的定义,具有更加清晰的物理意义。
  (3)抗滑微型桩群的模型试验:通过室内模型试验,研究了在边坡防护中抗滑微型桩群的桩身内力分布、土压力分布和桩端位移;分析了不同加载量级下微型抗滑桩的桩身内力分布、土压力分布和桩端位移变化规律,并基于FLAC3D有限差分软件,进行了相关的数值模拟分析。试验组的桩身力学响应较相符,说明所使用的数值分析方法具有一定的合理性和准确性。相对于短期降雨过程,边坡的初始含水状态对均质黏土边坡的稳定性具有重大影响。
  (4)边坡稳定性分析:基于FLAC3D有限差分软件,分析非饱和渗流孔隙水压力的改变对土质边坡稳定性的影响,并进行了失稳边坡的抗滑微型桩加固设计。分析结果表明:在不考虑负孔隙水压力的试验中,微型桩的Nmax为151.4kN,Smax为136.8kN,Mmax为146.8kN·m;而在考虑负孔隙水压力的试验中,由于土体粘聚力随着含水量的降低而提高,微型桩的Nmax为2.855kN,Smax为22.8N,Mmax为15.16kN·m,负孔隙水压力显著地提高了黏土边坡的稳定性。
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