挡土桩—土相互作用模型及抗滑桩加固边坡简化计算方法研究

发布时间：2018-05-19 08:51

  本文选题：弹性地基梁 + 被动桩　； 参考：《华南理工大学》2013年博士论文

【摘要】：作为一种古老的基础形式，桩的应用至今己有12,000～14,000年的历史。目前，桩有多种多样的使用方法，已不仅仅是支承上部结构基础桩的概念，而是承受竖向荷载、水平荷载和力矩的共同作用。对于土木工程领域挡土桩（抗滑桩、基坑支护桩、堆载临近桩等）承受水平侧向荷载的案例层出不穷，由于此类桩基的承载特性、桩-土相互作用机理、荷载传递规律与边坡土体失稳机制等尚不十分明确，其工作机理与设计方法仍有待更深入的研究。 本文采用“文献阅读及试验数据收集→理论模型→数值模拟→工程应用”的研究思路，以土体侧向位移作用下的基坑邻近桩基或边坡中抗滑桩为研究对象，以数值分析、理论推导为研究手段，对挡土桩-土相互作用性状及抗滑桩加固边坡计算方法进行深入的研究后，取得了以下创新性研究成果： （一）新颖的桩挠曲方程求解方法：以Winkler模型模拟挡土桩单桩与土之间的相互作用，建立挡土桩-土体相互作用的四阶非齐次微分挠曲方程，用多项式逼近非齐次项，运用递推法得出四阶非齐次微分方程的特解形式，结合齐次微分方程的通解，从而实现其解析解求解过程。 （二）提出边坡失稳的突变倍率判据：在场变量-位移(Fs U)变化关系曲线基础上，绘制场变量-位移突变倍率曲线，以突变倍率（当前分析步位移与上一分析步位移之比）急剧增大时所对应的场变量（即强度折减系数）作为边坡的整体稳定安全系数，避免了人为判断边坡极限状态的不确定性。 （三）创新的简化计算方法：采用Excel电子表格内嵌的VBA语言编写程序以实现较为复杂函数的计算和计算的自动化，用“规划求解”功能解决抗滑桩加固边坡后稳定安全系数计算的问题，最后根据桩挠曲方程求解抗滑桩内力及变形。 （四）确定抗滑桩最优桩位的充分必要条件：借鉴传递系数法剩余下滑力的概念，绘制剩余下滑力矩曲线判断坡体稳定区域，并确保桩前土体承受抗滑桩向下传递的下滑力后仍能保持稳定，作为最优桩位的充分条件；由稳定性系数N s控制桩顶以上坡体的临界高度以避免发生越顶破坏，作为最优桩位的必要条件。 应用以上创新性研究成果，结合具体工程实例进行参数分析后得出以下结论： （一）通过计算证明滑坡推力分布形式对抗滑桩的响应影响较大，各种不同分布形式中三角形分布将产生大的弯矩，抛物线分布次之，，均匀分布最小；相同地基水平抗力条件下，均匀分布桩顶挠度大于三角形和抛物线分布。 （二）土体侧移模式包括侧移大小、分布形状、侧移势（侧移曲线与零纵轴之间的面积定义为侧移势）及重心等对抗滑桩的挠度和弯矩影响较为显著。土体水平位移越大，桩身挠度就越大，地表附近挠度最大；随着土体水平位移增大，桩身弯矩相应增加；均匀分布土体侧向位移对桩身最大挠度及弯矩的影响效果相同；即使侧移势相同，若土体侧移分布重心升高，挠度及弯矩值均呈现增大趋势（相差分别可达57%和48%），且最大弯矩位置也呈现略微上移现象。 （三）桩土之间相互作用呈非线性特征，若采用弹性方法计算将产生较大误差。当土体进入塑性状态时，桩土间作用力达到极限值p_u=kv~*后，不再随水平相对位移的增加而发生变化。 （四）对比研究三维与二维数值所得边坡稳定安全系数的差异，得出采用三维有限元法计算出的边坡稳定性安全系数略高于二维有限元法算出安全系数2.3%的结论。因此，在对常规平面应变边坡进行稳定性分析时，为获得较快的计算速度可以优先考虑采用二维有限元模型可以满足工程精度的要求，然而在对边坡地形、地质情况复杂的非平面应变边坡进行稳定性分析时，应采用三维状态下的有限元分析。 （五）通过建立有限元强度折减法数值模型来分析不同抗滑桩加固位置对边坡稳定性的影响。如果仅从安全系数数值上考虑，抗滑桩加固于边坡中部将获得最大安全系数，但边坡中部滑动面较深从工程上不经济，因此建议在优先保障安全的前提下，若兼顾经济因素，最优设桩位置可略向坡趾偏移，考虑设置在边坡的中下部。
[Abstract]:As an old form of foundation , the application of pile has now been 12,000 锝

本文编号：1909469