滑坡不同演化阶段抗滑桩加固效果研究

发布时间：2018-03-27 13:54

本文选题：滑带土　切入点：蠕变　出处：《中国地质大学》2017年硕士论文

【摘要】：滑坡是地球表面广泛发育的一种地质灾害,抗滑桩作为一种有效的抗滑措施已被广泛应用于滑坡治理。传统的滑坡抗滑桩加固效果的分析仅根据滑坡当前状态,将滑坡岩土体材料看作弹塑性体,分析滑坡与抗滑桩结构之间的相互作用情况,而未考虑到滑坡整个变形过程是随岩土体的蠕变呈现出阶段性特点。滑坡岩土体的流变性质不仅影响着滑坡的变形演化状态,还影响滑坡与抗滑桩之间的作用效果。结合滑坡岩土体的蠕变特性,研究抗滑桩在滑坡不同变形演化阶段的加固效果可以为滑坡的治理工作提供指导性意见。马家沟滑坡属于三峡库区典型的堆积层滑坡,其变形具有蠕滑特点。本文介绍了滑坡的工程地质条件和变形特征,通过室内实验方法获取了滑坡岩土体物理力学参数,着重对滑带土蠕变特性进行了深入研究。基于滑带土蠕变特性,采用数值模拟方法研究滑坡的变形过程并进行滑坡变形演化阶段划分。随后进行滑坡不同变形演化阶段施加抗滑桩的数值计算,研究不同变形演化阶段下施加抗滑桩的加固效果。最后基于滑坡模型试验研究滑坡模型初始变形阶段施加抗滑桩的作用情况,从滑坡应力、应变、温度场及抗滑桩受力变形特征等方面研究抗滑桩对滑坡模型的加固效果。本文的主要研究内容及成果如下:(1)分析了马家沟滑坡的工程地质条件和变形特征,通过实验获得滑坡岩土体物理力学参数,并着重研究了滑带土的蠕变性质。结果表明:(1)滑坡滑床基岩常规强度参数粘聚力C为8.4MPa,内摩擦角φ为40.2°;滑体土常规强度参数粘聚力C为34kPa,内摩擦角φ为23.6°;滑带土常规强度参数粘聚力C为31kPa,内摩擦角φ为21.2°。滑坡土体性质介于砂土与粘性土之间。(2)滑坡滑带土具有较强的蠕变特性,其长期强度参数粘聚力C为16.7kPa、内摩擦角φ为11.8°,两者较其常规值分别下降46.1%和44.3%。Cvisc本构模型能较好的体现出滑带土的流变特性,流变参数得到了确定。(2)基于滑带土的蠕变特性,采用数值模拟方法研究了滑坡整个变形演化过程。结果表明:(1)滑坡变形随蠕变时间延长而增大,滑坡整个变形演化过程可以划分为初始变形、等速变形和加速变形三个阶段,进入加速变形阶段后,滑坡发生破坏;(2)滑坡主要沿滑带发生滑动,滑带是滑坡变形竖向分布的分界线,滑动剪切带演化反映了滑坡潜在滑动面的形成过程,控制着滑坡的变形状态;(3)滑坡变形以水平位移为主,水平位移约占总位移的93%,竖直向变形较小;(4)滑坡中部至中后部段变形较大,前部和后部变形较小,后缘变形极小,滑坡变形具有空间差异性;(5)滑坡各部位变形演化状态在时间上大体一致,但不同部位进入某一变形阶段的时间点稍不同,有一定时间差异性;(6)采用刚体极限平衡法计算得滑坡在初始变形阶段、等速变形初期、中期、后期以及加速变形时的稳定性系数分别为1.33、1.254、1.163、1.067、1.028,滑坡稳定状态随其变形演化逐渐由稳定变为欠稳定,最后接近于临界状态,开始发生破坏。(3)研究了在滑坡不同变形演化阶段下施加抗滑桩对滑坡的加固效果。基于滑坡变形演化过程研究情况,实现在滑坡初始变形、等速变形初期、中期及后期施加抗滑桩的数值计算,从滑坡应力场、应变场、变形速率、抗滑桩受力等方面分析在不同变形阶段施加抗滑桩的作用效果。结果表明:(1)随滑坡变形演化进行,滑坡推力逐渐增长,在滑坡不同变形阶段施加抗滑桩的弯矩和桩身位移均逐渐递增;(2)在滑坡初始变形阶段、等速变形初期、中期、后期施加抗滑桩使滑坡变形量较未加桩时分别减小了50.5%、31.9%、14.7%、3.1%,越早施加抗滑桩,对滑坡变形控制越有利;(3)在滑坡初始变形阶段、等速变形初期、中期、后期施加抗滑桩使滑坡变形速率较未加桩时分别减小了80.4%、66.9%、53.4%、39.9%,抗滑桩越早施加,对滑坡的变形速率控制效果越明显。(4)抗滑桩有效的阻止了滑动剪切带向桩前区域发展,制约了潜在滑动面的形成,抗滑桩越早施加,对滑坡潜在滑动面的形成制约效果越好;(4)采用刚体极限平衡法计算了滑坡不同变形演化阶段下加桩前后滑坡整体稳定性。计算结果表明:在滑坡初始变形、等速变形初期、中期、后期分别施加抗滑桩时,滑坡稳定性系数分别提高了0.261、0.221、0.178、0.136,在初始变形阶段加桩对滑坡稳定性提高程度最大,在等速变形后期加桩对滑坡稳定性提高程度最小,抗滑桩在滑坡整个变形演化过程中越早施加,对滑坡整体稳定性的提升效果越好,对滑坡的稳定性越有利。(5)通过滑坡模型试验,研究滑坡初始变形阶段施加抗滑桩模型与滑坡模型之间的相互作用情况,从抗滑桩区域滑坡应力场、应变场、温度场等方面分析了抗滑桩对滑坡的加固效果。试验结果表明:(1)桩后滑体中土压力远高于桩前滑体中土压力,抗滑桩极大的阻止了滑坡推力由桩后区域向桩前区域传递。随着滑坡变形演化,桩后土压力沿深度分布由直线型逐渐演化为S型,最后演化为抛物线型。桩后土压力沿水平方向呈倒拱型分布,拱型弧度反映了土拱效应的强弱,埋深18cm处的成拱作用最显著。土压力沿深度和水平向分布规律显示了滑坡土体空间三维土拱形成演化过程;(2)滑坡以水平方向变形为主,桩后滑体变形很大,桩前滑体变形量极小,抗滑桩不仅制约了滑坡变形发展,还提高了滑坡的整体刚度,阻止了滑坡发生整体滑动,而是发生局部浅层破坏,滑体变形速率具有突变性特点;(3)随着滑坡变形演化进行,抗滑桩受力逐渐增长,滑坡推力逐渐转移至抗滑桩上的作用效果显著,抗滑桩改变了滑坡推力的传递机制,承担了大部分的滑坡推力;(4)滑坡抗滑桩区域温度场的分布规律揭示了桩间土拱的形成机理和演化过程,土拱结构使纵向的滑坡推力最终有效地转化为横向推力并作用于桩体,从而使得抗滑桩的抗滑作用得以发挥。
[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】：2017
【分类号】：TU472;P642.22

【参考文献】