小田径钢管组合抗滑桩工作机理与设计计算方法研究

发布时间：2020-06-19 03:33

【摘要】：小口径钢管组合抗滑桩因其施工便捷,且可以大面积机械化施工的特点,是地质灾害应急治理和复杂环境条件下的滑坡灾害防治工程中常用的支护结构类型。该结构为体系较为复杂的组合式支护结构,且桩周岩土体的物理力学特性差异较大,对钢管桩组合结构中的桩土复合效应、群桩的作用机理以及抗滑支挡设计理论等方面缺乏系统的研究与认识,使得理论研究大大滞后于工程实践。本文以小口径钢管组合抗滑桩加固龙会3(5)井站场滑坡为研究对象,剖析其工程地质特征、成因及防治措施,构建了小口径钢管组合抗滑桩与滑坡体相互作用的力学计算模型,在此基础上进行了不同布置形式的小口径钢管桩结构抗滑物理模型试验,获取了桩、前后土压力、桩身应变和桩顶位移数据,研究了钢管桩的受力变形特性和桩土之间的荷载传递规律。然后,对钢管桩物理模型进行数值模拟,分析了滑坡体的整体位移、桩体剪力及弯矩的分布规律、群桩土拱效应形成的合理桩间距和滑坡治理前后滑体位移的变化,并对比物理模型和数值模拟结果,研究不同布置形式的钢管桩结构的力学特性及其工作原理,确定了在不同滑坡推力作用下,钢管桩结构的最优抗滑桩间距。最后,结合结构力学的基本理论,建立了钢管群桩结构的力学计算模型和计算方法,为钢管桩抗滑设计提供有价值的理论依据。通过系统的研究工作,取得的主要成果如下:(1)钢管桩结构抗滑过程可分为三个阶段:无变形阶段~弹性抗滑阶段~弹塑性破坏阶段。(2)当桩间距小于7d时,钢管群桩间无明显的应力拱和位移拱产生,土拱效应基本不存在;当桩间距为7-10d时,钢管群桩能较好地产生位移拱和应力拱,土拱效应显著,尤以是桩间距7-8d最佳;而当桩间距超过10d后,钢管群桩能形成应力拱,但桩间土体出现“绕桩”运动。(3)沿滑动方向,钢管群桩受到的滑坡推力依次减小,且各排桩受到的滑坡推力呈三角形~四边形组合分布。(4)受荷段的桩体弯矩集中分布于滑面以上1/3桩长范围内,锚固段桩体也承受较大的弯矩,且与受荷段弯矩方向相反。(5)桩体强度和滑坡推力相同的前提下,随着桩间距的增大,各排桩的桩体弯矩呈增大的趋势,这表明,桩间距越小,桩对桩间土体的约束作用“楔紧”作用越强,桩间土体分担了更多的滑坡推力,钢管群桩的抗滑能力也越高。(6)基于将钢管桩、桩周土体和纵向连系梁共同作用形成“桩土复合体”及排桩间的“抗剪切土体”产生的抗力当作整个抗滑结构的一部分抗滑力,其余的下滑力由钢管组合抗滑桩承担的思路,建立了钢管桩剪力计算公式:(7)基于模型试验和数值分析结果,考虑连系梁只发生水平位移,桩顶转角为零,建立了钢管桩位移计算公式:(8)不考虑桩间土体拉应力,基于土拱效应原理,建立钢管桩桩间距的计算公式:(?)(9)考虑桩间距对桩土作用的影响,引入桩间距影响系数ξ,建立了钢管桩弯矩修正计算公式:
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU473.1
【图文】：

技术路线图,小口径钢管,抗滑桩,钢管桩

8图 1-1 技术路线图取得的主要成果本文以小口径钢管组合抗滑桩加固龙会 3（5）井站场滑坡为研究对象工程地质特征、成因及防治措施，构建了小口径钢管组合抗滑桩与滑坡用的力学计算模型，并开展了不同布置形式的小口径钢管群桩结构抗滑试验和数值计算分析，研究了钢管桩的受力变形特性、桩土之间的荷载拱效应机理，确定了在不同滑坡推力作用下，钢管桩结构的最优抗滑桩间

空间桁架,钢管桩

即群桩效应作用。产生群桩效应的钢管桩群结构，具有空间桁架的结构特点（图2-2），因此，采用空间桁架结构对桩顶加连梁的钢管群桩进行受力分析比较符合实际。图 2-2 空间桁架钢管桩结构基于弹性地基梁法对空间桁架钢管桩结构进行受力分析，并引入以下假设（戴自航等，2002；杨佑发等，2003）：（1）忽略桩间土的作用，将结构简化为直接受均布推力的平面刚架结构；（2）滑面以上地基土弹性抗力系数由 K 法(也称常数法、C 法)或 m 法计算得到，而滑面以下地基土弹性抗力系数式由 K 法得到；

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