悬臂式双排抗滑桩变刚度设计方法及桩间土拱效应研究

发布时间：2019-07-19 10:39

【摘要】：双排抗滑桩是指在滑坡体的不同部位设置两排桩，且桩间距不大，桩排之间存在相互作用，桩顶可以不连接也可以采用连梁或者承台进行连接，从而抵抗滑坡推力的抗滑支挡结构。双排抗滑桩的布置形式灵活，，最初在上世纪七八十年代的滑坡治理中得到应用，其后得到广泛应用。无连梁的悬臂式双排抗滑桩相比门架抗滑桩施工简便，工期短，适用于桩排距较大、已有抗滑桩的加固以及桩排间土体性质较好等情况，但相关的设计理论仍不完善，对桩排间相互作用机理仍处于探索阶段。 本文作者在工程实践以及查阅国内外相关文献的基础上，借鉴地基基础中的变刚度群桩设计原理，提出悬臂式双排抗滑桩变刚度设计方法，即前后排桩根据受力采用不同的截面尺寸或者桩间距，从而使前后排桩的推力分配更为协调；基于桩间土拱特性，将土拱效应发展过程划分为四个阶段，并探讨了软弱地层中锚固段的土拱效应，从而为合理确定桩间距、排距以及锚固深度提供理论依据；基于前后排桩的共同作用，提出基于位移的悬臂式双排抗滑桩内力计算方法。 为了验证变刚度设计方法的合理性及桩间土拱效应的特性，论文采用理论分析、室内模型试验、数值分析以及现场监测等技术方法，对悬臂式双排抗滑桩的推力分配、土拱效应及其影响因素等方面进行了深入细致的研究，取得了以下主要研究成果： (1)设计了变刚度悬臂式双排抗滑桩室内模型试验，通过改变前后排桩的数量比实现前后排桩刚度的调整，对监测得到的土压力及桩身弯矩分布进行分析，验证了悬臂式双排抗滑桩变刚度设计的合理性。对滑体内土压力进行监测，研究了前后排桩的桩间距变化时桩间土拱效应的力学特性。 (2)在室内模型试验的基础上，采用FLAC3D模拟了悬臂式双排抗滑桩的土拱效应，并将数值计算与模型试验结果进行对比。通过数值模拟验证了主动土拱和被动土拱的存在性，并对软弱地层中锚固段土拱效应的存在条件、形态分布等进行研究。将土拱的发展过程分为四个阶段，分析了推力大小、桩间距、桩排距、接触面参数、桩体约束条件等因素对土拱效应的影响。 (3)采用FLAC3D模拟水平推力作用下悬臂式双排抗滑桩的力学特性，并与模型试验结果进行对比。数值模拟和模型试验均表明，在扩大前排桩间距后，滑坡推力在前后排桩的分配较为均衡，从而验证了变刚度设计方法的可行性。通过数值计算分析了桩间距、桩排距、前后排桩身刚度比、桩排间土体刚度、前后排桩锚固深度等参数对推力分配的影响，并提出相应的优化设计建议值。 (4)系统分析了悬臂式双排抗滑桩的受力机理，提出基于位移的刚性双排抗滑桩内力计算的地基系数法，滑坡推力分配主要考虑前后排桩的位移，无需事先假定滑坡推力分配比。该方法综合考虑了前后排桩的位移、桩间距、排距等因素的影响。 (5)针对重庆市某滑坡抗滑桩的工程加固，采用FLAC3D建立三维计算模型进行分析，验证了在已有抗滑桩后设置后排桩形成悬臂式双排抗滑桩进行工程加固的有效性以及变刚度设计方法的适用性。后排桩施工和桩前土体开挖会造成较大扰动，建议加强监测。数值计算与现场监测结果较为吻合。
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图片说明： 地点 日期 滑坡类型 灾害贵州省思南县凉水井镇凉山村2014 年 7 月16 日暴雨引发山体滑坡10 余户民房被埋三峡库区湖北秭归县沙镇溪镇三星店村2014 年 9 月2 日降雨引发山体滑坡滑坡体约 80 万 m3，导致装机容量为 1000 千瓦的大岭电站损毁川黔铁路两河口至镇紫街站区间2014 年 6 月5 日山体滑坡 路基出现裂缝，中断运输 70 小时成都都江堰市中兴镇三溪村2014 年 7 月10 日山体滑坡 11 户村民房屋被毁，2 遇难、21人失踪北川县城西 2008 年 5 月12 日地震引发山体滑坡200 多万 m3的坡体下滑，造成房屋被埋，死亡 1 600 人湖南省益阳市安化县潺溪口村2014 年 7 月17 日山体滑坡 3 名村民遇难，9 人失踪，数栋房屋被完全摧毁重庆市黔江区舟白街道2010 年 7月 14 日强降雨引发山体滑坡滑坡体向阿蓬江方向发生大规模滑动国家统计局给出的中国统计年鉴(2012)[2]披露的资料显示，我国滑坡灾害的发生十分频繁，占地质灾害数量的 60%以上。支挡结构设计不合理容易在滑坡推力作用下产生破坏，如图 1.1 所示。
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图片说明： 备由实验室提供或者自行购买。① 模型试验池制作完成后的模型试验池如图2.1所示，其大小为 2650mm×1500mm×1400mm(长×宽×高)。模型试验池由上部滑动部分和下部固定部分组成，下部由烧结黏土砖砌筑而成形成坚固的底部骨架，上部采用钢板约束土体侧向膨胀，在钢板外侧使用两片焊接的H型钢框架并用对拉锚栓箍住形成骨架。考虑到荷载作用会使得推土板的挠度较大，对推土板采用角钢进行加固。图 2.1 模型试验池Fig 2.1 The model groove
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU473.1

【参考文献】

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本文编号：2516258