季节性冻融作用下土钉支护边坡稳定性分析

发布时间：2019-07-22 20:22

【摘要】：目前,土钉护坡研究相对比较成熟,在边坡和基坑支护工程中已得到了广泛应用。而在地质条件复杂及四季温差明显的季节性冻融地区,边坡及构筑物往往随季节温度的变化而发生冻融,坡体往往受冻融循环作用而发生破坏,给边坡工程安全带来不同程度的危害,并造成巨大的经济损失。因此,研究支护结构在冻融作用下的安全稳定性计算方法是很有必要的。本文对土钉支护边坡在冻融影响下安全稳定性方法进行了研究,推导了坡体的安全系数计算公式,并结合工程应用验证其实用性。研究的主要内容和取得的成果有:(1)冻融作用下土钉支护边坡破坏是个比较复杂的问题,通过对冻融作用的机理阐述,分析了冻融作用对土钉支护边坡的力学性能影响,以及造成土钉支护边坡冻胀破坏和融化破坏的原因,提出了两种破坏模式下的相应防治措施,采用双层钢筋网法、设置排水管疏干法、表层坡面置换法、土钉墙加固法、隔温法、高延展性土钉支护法和生态防护等措施;(2)结合土钉支护边坡的稳定性原理以及极限平衡法理论,分别推导了土钉支护边坡在融化阶段和冻结阶段的安全系数计算公式,确定了土钉支护结构在冻融作用下的最危险滑移面位置。并对土钉支护边坡在季节性冻融循环作用下稳定性进行了预测。结合工程算例,将融化阶段公式与有限元软件Geo-Studio计算的安全系数结果作比较,得到一些具有参考价值的结论。分析表明:公式计算的安全系数较有限元软件计算的偏小,其结果偏于保守,推导的计算公式可以比较准确的对土钉支护边坡进行设计与稳定性分析;(3)在冻土理论基础上,用有限差分法对边坡的水分场和温度场微分方程进行了求解,为冻融过程中有限元模型的建立奠定了基础;(4)结合专业岩土工程数值分析软件Geo-Studio和ADINA,对实际工况建立了季节性冻融作用下土钉支护边坡有限元模型。分析结果:土钉支护边坡冻结层在融化阶段,随着坡体含水量的不断增加,计算的安全系数越来越小,表明冻融后含水量的增加是导致土钉支护边坡失稳的主要原因。通过算例验证说明:这种考虑冻融作用影响的计算的方法相对合理,比较符合工程实际,能为以后土钉支护边坡的施工、设计以及优化提供有益参考。
【图文】：

成的结冰层，，由表层逐渐向内部发展，且土体内部水分不断向冻结面迁徙发生聚冰作用，冰和冰晶体主要集中在最大冻结深度的2/3~1/2位置。而季节融化层结冰，多集中在季节融化层上部1/3处及冻土上限附近（如图1.1）。各类建筑物产生的变形与破坏，主要在于冬季冻后土体的体积增大，引起的冻胀造成各类建筑物的变形与破坏，而夏天冻结层融化时，因冰和冰晶体的分布不均，导致土层不均匀沉降造成各类建筑物的变形与破坏。

图 2.1 不同围压下冻结粘土的剪应力随温度变化图[52循环作用下，土钉支护边坡稳定的主要影响因素环作用后土钉支护的基坑边坡抗剪强度指标研发生的变化，主要是土钉支护边坡内摩擦力和 ）的变化。利用剪切试验可测定土体抗剪强度要考虑影响较大的抗剪强度指标，即冻融循环3]《哈尔滨地区季节冻土冻融损伤及高路堑边坡聚力在经历冻融循环后不断降低，而内摩擦角融土的力学指标C 、 选取时，其力学性能的文结合实际室外试验，经历冻融循环作用后，温度、含水量以及冻融次数之间的关系式，如下不同含水率对非饱和原状土UU和CU指标C 和剪 UU 试验：
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU43

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本文编号：2517869