基于钢筋混凝土复合弹性模量的抗滑桩截面优化研究

发布时间：2018-03-26 08:05

本文选题：抗滑桩　切入点：复合弹性模量　出处：《中国地质大学》2013年硕士论文

【摘要】：滑坡是自然界中十分常见的一类地质灾害,指在重力、地震动等作用下,山体沿着软弱面或软弱带作整体滑动的不良地质现象,是山区分布范围最广,危害最为严重的地质灾害。我国山地面积占国土总面积的2/3,是地质灾害多发的国家,而滑坡则更是山区经常发生的地质灾害。100年以来,特别是第二次世界大战以来,世界的经济匕速发展,但随着人类工程活动的不断扩张,因滑坡地质灾害所造成的人员伤亡以及经济损失也是触目惊心的。如随着三峡大坝的建成,由于三峡水库蓄水引起的崩塌和滑坡是三峡库区主要的地质灾害类型。由于滑坡地质灾害给人们的生命财产安全构成了严重的威胁,每年都需投入大量的资金用于地质灾害的防治与研究工作。因此,为了避免或减少滑坡地质灾害的发生,保障人民生命财产安全,迫切需要对滑坡的防治工作进行理论研究,以为工程实践提供科学的理论根据。在滑坡治理工程中,抗滑桩以其抗滑能力强,支挡效果好,对滑体扰动小,施工方便,桩位布置灵活等优点,已经被广泛运用于工程实践中。虽然关于抗滑桩设计的相关研究已取得了一些成果,但还是严重滞后于工程实践,目前采用抗滑桩治理滑坡的工程绝大部分是成功的,但很多是保守设计的结果,而有些抗滑桩治理失效的案例,则凸显了抗滑桩主观经验设计的弊端。比如抗滑桩设计参数的选取带有很大的随意性,缺乏科学的理论依据,因此很难实现安全与经济的双重目标。针对目前抗滑桩截面型式为矩形和圆形的不足,本文在传统的抗滑桩设计方法基础之上,对抗滑桩的截面进行研究,探究了非矩形截面抗滑桩,如等腰梯形截面抗滑桩与滑坡体的相互作用,从更广义的本质上揭示悬臂抗滑桩与滑坡体的相互作用机理,从而实现了土拱效应最大限度的发挥。构建了最佳等腰梯形截面抗滑桩与滑坡体协同工作模型,为抗滑桩最优截面尺寸的确定提供了理论支撑,在保证滑坡治理安全的前提下最大限度的节约工程投资,实现最佳的抗滑工程效果,达到安全与经济的双重目的。其研究成果可以为滑坡防治工程以及抗滑桩的设计与计算提供科学的理论依据,具有重要的理论意义和广泛的工程应用前景。主要研究内容包括以下几个方面： (1)采用材料力学中悬臂梁的原理并结合不同的滑坡推力分布模式,推导了相应的滑面以上抗滑桩沿桩高的位移表达式和相应的抗滑桩桩顶处的挠度理论公式,对抗滑桩的设计以及滑坡治理后的评价效果都有十分重要的理论意义以及工程应用价值。 (2)通过力学理论分析并结合数值模拟反演分析提出了一种钢筋混凝土复合弹性模量的求解方法。 (3)根据桩土相互作用,分别建立了基于桩后土拱效应的最小桩间距和基于桩间土拱效应的最大桩间距计算模型,并且在传统的抗滑桩与滑坡体相互作用的两级荷载传递模式的基础之上,引入了“端承土拱”、“摩擦土拱”和桩前土体三级荷载传递模式,从而更深刻的揭示了抗滑桩在发挥效用的过程中力的传递机制。 (4)为了更清楚的认识桩土相互作用中的土拱效应,引入了不同于矩形截面型式的等腰梯形截面抗滑桩,并且采用数值模拟软件FLAC3D分别建立了内等腰梯形抗滑桩、矩形抗滑桩和外等腰体形抗滑桩桩土相互作用的数值计算模型,分析了不同截面型式的抗滑桩桩后土拱和桩间土拱两级土拱荷载分担模式,主要取得的研究成果如下： ①在滑坡推力作用下,桩后最大主应力连线呈拱形,说明桩后形成了土拱,桩后4b以外无明显的土拱效就。 ②内等腰梯形抗滑桩、矩形抗滑桩、外等腰梯形抗滑桩,土体向桩体传递的荷载依次增大,即抗滑桩发挥的作用越来越明显。 ③抗滑桩在承担滑坡推力荷载时,为典型的两级土拱分级承担模式,桩后土拱起主要作用,桩间土拱起次要作用。外等腰梯形抗滑桩能最大限度的发挥桩后土拱效应,而内等腰梯形抗滑桩则能最大限度的发挥桩间土拱效应。 ④由于抗滑桩的存在,抗滑桩附近岩土体位移较小,设置矩形抗滑桩的滑坡土体位移最大,其次为内等腰梯形抗滑桩,外等腰梯形抗滑桩为最小。 ⑤对于内等腰梯形抗滑桩来说,在一定的桩间距范用内,随着桩间距的增大,桩后土拱荷载分担比越来越大,但是到达一定桩间距后,桩后土拱荷载分担比开始下降。对于矩形抗滑桩和外等腰梯形抗滑桩来说,随着桩间距的增大,桩后土拱荷载分担比越来越小,当桩间距增大到一定值时下降的很明显。 ⑥对于内等腰梯形抗滑桩,随着桩间距的增大,桩间土拱荷载分担比越来越小,但是下降趋势线的斜率越来越小,总的来说内等腰梯形抗滑桩桩间土拱荷载分担比还是比较大的。对于矩形抗滑桩和外等腰梯形抗滑桩,随着桩间距的增大,桩间土拱荷载分担比越来越大,但是总的来说,桩间土拱荷载分担比还是比较小的。 ⑦对于内等腰梯形抗滑桩,在滑坡推力作用下,滑坡体会产生“楔紧作用”,从而使得桩后土拱和桩间土拱都能够有效的发挥作用,随着等腰梯形斜率的增大桩后土拱效应增强,此时桩间土拱也能充分发挥其作用,即能充分发挥桩后土拱和桩间土拱协同作用的效能,实现最佳的抗滑效果。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：中国地质大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TU473

【参考文献】