堆积层滑坡抗滑桩桩土协同作用规律与参数优化设计研究

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随着我国工程建设和文旅业的发展,需要对大量工程和自然边坡进行人为支护,而抗滑桩是应用最为广泛的支护结构之一,合理的抗滑桩参数设计能够更经济、有效地对滑坡灾害进行防治,因此如何对抗滑桩参数进行取值便成为岩土工作者们所关注的重点问题。本文选取山东省青岛市典型堆积层滑坡——返岭前滑坡作为研究对象,根据不同变形类型滑坡的破坏机制,运用Midas GTS NX有限元软件设计了三种工况,使滑坡分别呈现推移式、牵引式和复合式变形特征,然后分析了抗滑桩不同桩位、嵌固段长度、桩间距的滑坡破裂面、稳定性系数及抗滑桩受力、变形的变化规律,并引入抗滑桩安全贡献度确定出抗滑桩各参数的最优值。在上述研究基础上,建立了返岭前滑坡最优桩参数加固下的极端降雨有限元模型,分析了极端降雨条件下边坡渗流场、位移场与稳定性的关系,然后运用动力增载位移响应比理论,确定出动力增载位移响应比模型的动力增载参数与响应参数,构建了符合滑坡—抗滑桩体系的动力增载位移响应比模型,并将动力增载位移响应比参数与稳定性系数进行对比分析,探究利用该参数对滑坡—抗滑桩体系的稳定性进行预测和评价的可行性。其主要研究成果如下:(1)根据桩土体相互作用关系,采用结构力学、理论力学和弹性力学方法,分析了滑坡—抗滑桩相互作用关系,推导出抗滑桩桩后土拱迹线方程、桩身位移变形方程。(2)根据滑坡不同变形模式下的受力变形特点,以返岭前滑坡三为研究对象,设计出三种变形模式(推移式、牵引式、复合式),并采用迈达斯有限元软件建立其抗滑桩支护模型,分析不同桩位下滑坡位移、塑性区、稳定性以及抗滑桩内力变化。最后通过定义参数抗滑桩安全贡献量,确定出推移式变形边坡的抗滑桩最佳加固位置为坡体中后部(l/L=0.583附近),牵引式变形边坡的抗滑桩最佳加固位置为坡体前缘(l/L=0.1),复合式变形边坡的抗滑桩最佳加固位置为坡体前部(l/L=0.2)。(3)以推移式变形模式下抗滑桩最优嵌固深度和最优桩间距分析为例,并根据抗滑桩不同嵌固深度下,滑坡破裂面、稳定性系数及抗滑桩受力、变形的变化规律,运用抗滑桩安全贡献量,确定了抗滑桩最优嵌固长度为桩长的36.67%。然后通过改变抗滑桩的布设间距,分析了桩间土拱效应的变化规律,发现随着埋深的增大,桩间土拱效应逐渐减弱,随着抗滑桩布设间距的增大,桩间土拱效应逐渐减弱,其中最优桩间距宜选择在4~5倍桩宽之间。(4)根据青岛市返岭社区降雨资料,设计了返岭前滑坡极端降雨模型,分析了极端降雨工况下,返岭前滑坡地下水位及稳定性的变化规律。运用动力增载位移响应比原理,分析了坡体特征点水平位移与滑坡稳定性之间的关系,发现桩间后方位置最适合作为动力增载位移响应比的位移监测点,并以降雨条件下相对地下水位高度和监测点水平位移作为滑坡—抗滑桩体系的动力增载量和对应的响应量,构建了滑坡—抗滑桩体系的动力增载位移响应比模型,将计算结果与稳定性系数进行比较,发现该模型参数与稳定性系数之间存在较好的负相关关系,且动力增载位移响应比参数值未超过预警值,验证了采用动力增载响应比参数对滑坡—抗滑桩体系进行评价和预测的可行性。
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