堆积层滑坡—抗滑桩相互作用机理模型试验研究

发布时间：2020-10-18 13:08

　　 抗滑桩作为一种嵌入稳定基岩的大截面侧向受荷桩,与桩间滑体协同变形共同承担滑坡剩余推力。由于滑坡-抗滑桩相互作用计算模型中存在一系列的假定条件,与实际工程存在差异,迫切需要开展滑坡-抗滑桩相互作用机理方面的研究。论文主要通过模型试验研究滑坡-抗滑桩相互作用过程中位移场、土压力、桩身变形、荷载传递机制及模型变形破坏过程等方面规律,并辅以数值分析和考虑土拱效应力学模型研究,初步探讨滑坡-抗滑桩相互作用机理,主要研究内容和结果如下：(1)基于PTV粒子图像技术分析了滑坡-抗滑桩体系演化过程中坡表位移场规律。无桩工况中坡表典型示踪点的位移时程曲线可分为四个阶段：初始蠕变阶段、挤压变形阶段、塑性变形阶段和整体滑动阶段,加桩后典型示踪点位移仅占无桩下变形量的10%左右,累积位移量明显降低。(2)研究了滑坡-抗滑桩体系演化过程中土压力动态分布规律。滑坡同一部位处土压力分布形式和大小在整个加载过程中基本呈近似增长趋势,不同位置处土压力分布形式表现不一致。无桩工况中土模型后缘处土压力呈上小下大的抛物线型分布形式,最大作用点位于埋深24cm处；中部处土压力在5-10cm范围内呈三角形分布形式,埋深10-25cm范围内呈矩形分布形式,埋深25-30cm范围内呈倒三角形分布形式。加桩工况中模型后部土压力主要呈抛物线型分布形式,最大土压力点位于14cm处,模型中部处土压力大小和分布形式通过抗滑桩加固作用后有了明显地改变,土压力值在同一荷载作用下降低了80-95%,分布形式虽仍为抛物线型分布,但剩余推力作用点相对与悬臂端长度作用点提高了20%。(3)分析了抗滑桩在相互作用过程中的动态受荷特征及变形规律。桩后土压力分布形式在整个加载试验中呈抛物线型分布,最大值作用点在不同的荷载等级作用下有所差异。第一级和第二级荷载下,最大值位于6cm埋深处；第三级和第四级荷载作用下,最大值位于12cm埋深处,即合力作用点往下降；第五级和第六级荷载作用下,最大值维持在12cm埋深处,即合力作用点基本维持不变。桩前土压力分布形式在埋深18cm上表现为抛物线型分布,最大值位于埋深12cm处,且随着荷载等级提高,各点土压力值均有所增大,土压力值绝对值上较小,仅为同一埋深桩后土压力的5%左右；埋深18cm以下,桩前土压力大部分在数值0附近波动,整体表现几乎无规律。抗滑桩埋深0-0.5h区段主要受力区域,破坏滑动面出现在沿桩身埋设0.3h左右处。滑坡后部土体在抗滑桩的阻挡作用下,以桩顶附近土体的剪切变形为主。(4)研究了滑坡-抗滑桩体系变形破坏过程。无桩工况中滑坡后缘滑体在加载荷载作用下沿着临空面发生了局部剪切破坏；加桩工况中桩后滑体越桩滑动,滑坡模型发生局部破坏。相比无桩工况中滑坡破坏范围,加桩后模型剪出破坏点由坡形变陡处退至桩后,扰动变形破坏范围明显减小。(5)分析了滑坡-抗滑桩相互作用中土拱产生过程、荷载传递机制及空间分布特征。模型试验中桩间土体土拱效应的产生存在先后顺序,埋深较浅的滑体首先形成应力拱；随着荷载的增大,埋深12-24cm范围内滑体出现土拱效应,直至试验结束。结合数值分析研究土拱效应在深度范围内分布规律：桩后端承拱和桩间摩擦拱普遍存在且共同承担荷载,随着埋深的增大,摩擦拱荷载分担比逐渐增大,桩后端承拱荷载分担比略微增大,进而桩前土体荷载分担比随之减小,桩间土体水平向位移随着深度的增加而减小,桩间土拱效应随着深度增大呈逐渐增强的变化趋势。基于Ito.塑性变形理论建立了综合考虑摩擦拱与端承拱协同作用计算模型,分析认为,桩间摩擦拱在承担滑坡推力荷载时起主导作用,最优桩间距随粘聚力增大呈近似的线性增长关系,摩擦拱分担比呈轻微的降低变化趋势；随摩擦角增大呈近似的上凹曲线关系,摩擦拱分担比呈线性增长变化趋势。考虑两者的共同作用计算,马家沟滑坡合理桩间距应为4.68m。(6)根据模型试验结果,针对实际的马家沟滑坡变形演化趋势,若不考虑岩土体蠕变特性及库水位周期性波动的影响,天然工况下滑坡将处于变形缓慢增长阶段,采用抗滑桩加固处理后,滑坡将处于稳定阶段。若考虑岩土体蠕变及水位作用,则规律不适用。
【学位单位】：中国地质大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TU473.1;P642.22
【文章目录】：
作者简介
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    §1.1 选题的来源、目的和意义
    §1.2 国内外研究现状
        1.2.1 模型试验研究现状
        1.2.2 数值模拟研究现状
        1.2.3 理论模型研究现状
    §1.3 发展趋势与存在问题
    §1.4 主要研究内容及创新点
    §1.5 研究技术路线
第二章 堆积层滑坡工程地质特征
    §2.1 堆积层滑坡特征
    §2.2 马家沟滑坡工程地质特征
        2.2.1 工程地质条件
        2.2.2 变形破坏特征
    §2.3 本章小结
第三章 框架式模型试验研究
    §3.1 框架式滑坡模型概化
    §3.2 试验方案
        3.2.1 相似材料配比
        3.2.2 加载方案设计
        3.2.3 监测方案设计
    §3.3 无桩工况试验结果分析
        3.3.1 坡表位移场分析
        3.3.2 滑体内部土压力规律
        3.3.3 变形破坏过程
    §3.4 加桩工况试验结果分析
        3.4.1 坡表位移场分析
        3.4.2 滑体内部土压力规律
        3.4.3 土拱效应分析
        3.4.4 荷载传递规律
        3.4.5 桩身变形分析
        3.4.6 变形破坏过程
    §3.5 本章小结
第四章 滑坡-抗滑桩相互作用数值模拟研究
    §4.1 数值计算模型
    §4.2 抗滑桩加固效果分析
    §4.3 土拱效应分析
    §4.4 抗滑桩变形分析
    §4.5 本章小结
第五章 桩土相互作用理论模型研究
    §5.1 传统理论分析方法
        5.1.1 摩擦拱模型
        5.1.2 端承拱模型
    §5.2 考虑端承拱和摩擦拱协同作用计算模型
        5.2.1 Ito.塑性变形理论
        5.2.2 改进后计算模型
    §5.3 工程实例与影响因素分析
        5.3.1 工程实例
        5.3.2 影响因素分析
    §5.4 本章小结
第六章 结论与展望
    §6.1 结论
    §6.2 建议与展望
致谢
参考文献

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本文编号：2846337