考虑滑床岩体不同地基系数的弹性抗滑桩受力特征研究
发布时间：2017-05-16 23:06
本文关键词：考虑滑床岩体不同地基系数的弹性抗滑桩受力特征研究，由笔耕文化传播整理发布。
【摘要】：三峡库区是滑坡较为发育的地区之一,库区大部分滑坡位于沉积岩分布区,滑床多为复合层状岩体,如何进行考虑滑床不同岩性特征的抗滑桩的受力特征研究,优化抗滑桩的设计,是工程实践中亟需解决的理论问题。由于地基系数与岩体的物理力学性质有关,且随深度变化的规律比较复杂,目前对于地基系数的确定,仍然是学术界与工程领域讨论的热点与难点问题。对于抗滑桩内力与变形的计算,尽管国内外进行了不少的理论分析、物理模型试验以及数值模拟研究,但我国现行规范及教科书多将滑床岩体等效成均质体,且进行考虑滑床不同岩性特征对抗滑桩内力与变形影响的研究成果还不够深入。本文以秭归马家沟滑坡为工程背景,基于Winkler地基力学模型,提出了考虑滑床岩体不同地基系数的弹性抗滑桩挠曲微分方程,推导出解析解并验证其合理性。同时,探讨了滑床几种地基系数分布模式对抗滑桩内力和变形的影响。最后运用理论方程研究了抗滑桩滑床岩体层厚比、滑床不同岩性组合形式、桩截面尺寸、嵌固深度、桩底条件对其内力和变位的影响。主要研究成果如下：(1)总结了抗滑桩设计参数的确定方法、滑坡推力分布形式及存在的问题、国内外抗滑桩常用内力计算方法、地基系数影响因素以及地基系数的确定方法,为本文力学模型建立以及抗滑桩受力特征研究提供参考依据。(2)建立了考虑滑床不同地基系数的弹性抗滑桩力学模型,推导了滑床地基系数随深度任意变化时抗滑桩受力和变形的计算方程。编写了相应的MATLAB计算程序,通过与现场监测资料对比分析,验证了理论方程的合理性。该方法不仅适用于滑床为单一岩体的情况,也适用于滑床为复合层状岩体的情况。(3)滑床不同地基系数分布形式对抗滑桩受力特征存在一定影响。理论分析表明,折线分布相对于常用的矩形分布、梯形分布以及抛物线分布,桩身弯矩最大值与桩身剪力最大值(绝对值)最大、桩顶位移以及滑面处的桩侧应力最小,此时抗滑桩进行配筋设计所需的抗弯纵筋以及抗剪箍筋最多。由于折线分布能较好地考虑滑床岩体的实际分布情况,且计算得出的桩顶位移结果能基本符合实测值,故滑床地层为复合层状岩体时,地基系数分布形式按折线形式考虑时较适宜。(4)根据滑床岩体的力学性质以及分布特征可以概化为全为软岩、上软下硬、软硬互层、上硬下软以及全为硬岩七种情况。不同软硬岩体层厚比的变化改变了滑床的结构特征,对抗滑桩桩身受力特征存在明显影响。层厚比越大,抗滑桩受力特征越接近均质软岩,此时软岩主要影响桩身受力特征；层厚比越小,抗滑桩受力特征越接近均质硬岩,此时硬岩主要影响桩身受力特征。且随着层厚比的增大,桩身弯矩最大值、桩身剪力最大值(绝对值)逐渐减小,桩身位移逐渐增大。若将滑床岩体按均质软岩考虑,抗滑桩配筋时所需的抗滑纵筋和抗剪箍筋偏大,造成工程上的浪费；若将滑床岩体按均质硬岩考虑,抗滑桩配筋时所需的抗滑纵筋和抗剪箍筋偏小,达不到抗滑要求；故在抗滑桩的工程设计中,应当考虑滑床岩体层厚比对桩身受力特征的影响。(5)滑床不同岩性组合形式下,桩身弯矩最大值、桩身剪力最大值(绝对值)以及桩身位移从小到大依次为上硬下软、软硬互层以及上软下硬,且其最大变化幅度分别为5.0%、30.3%、24.7%。故在抗滑桩工程设计中,应当考虑滑床不同岩性组合形式对桩身受力特征的影响。(6)抗滑桩截面尺寸对滑动面以上(受荷段)桩身弯矩和剪力不存在影响。滑动面以下(嵌固段),随着桩截面尺寸的增大,桩身弯矩最大值的增大幅度逐渐变缓,趋于定值,且截面长度是影响桩身弯矩最大值的主要因素。当桩截面尺寸达到某一临界值时,临界值以上桩身剪力最大值(绝对值)呈增大的趋势,临界值以下呈减小的趋势,此时临界值处的桩身剪力最大值(绝对值)为最小值；桩身位移随截面尺寸的增大逐渐减小,并趋于定值。滑面以上(受荷段),桩宽为桩侧应力的主要影响因素；滑动面以下(嵌固段),滑动面处桩侧应力随着抗滑桩截面尺寸的减小而增大,且桩侧应力沿深度的递减幅度逐渐增大。(7)随着嵌固段长度的增加,桩身弯矩最大值逐渐增大,抗滑桩配筋所需的抗弯纵筋增加,桩身剪力最大值(绝对值)、桩侧应力以及桩顶位移则逐渐减小,抗滑桩配筋所需的抗剪箍筋减小。且随着嵌固段长度增加至一定值时,桩身弯矩最大值、桩身剪力最大值(绝对值)以及桩顶位移的变化均趋向于定值。嵌固段过长,会造成经济上的浪费,嵌固段过短,桩顶位移过大,达不到抗滑效果,故在进行抗滑桩的设计时合理地选择抗滑桩嵌固长度十分重要。(8)当桩底为自由端时,桩身弯矩最大值最小,桩身剪力最大值(绝对值)、滑动面处桩侧应力以及桩顶位移均最大,此时抗滑桩配筋所需抗弯纵筋最少,抗剪箍筋最多；当桩底为固定端时,桩身弯矩最大值最大,桩身剪力最大值(绝对值)、滑动面处桩侧应力以及桩顶位移均最小,此时抗滑桩配筋所需抗弯纵筋最多,抗剪箍筋最少；而桩底为铰支端时,桩身弯矩最大值、剪力最大值(绝对值)、桩侧应力以及桩顶位移位于自由端和固定端之间。故进行抗滑桩的工程设计时,应根据滑床岩土体的性质合理地选择抗滑桩桩底边界条件。
【关键词】：滑床岩体 抗滑桩 地基系数 内力 变形
【学位授予单位】：中国地质大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU473.1;P642.22
【目录】：
- 作者简介6-7
- 摘要7-9
- ABSTRACT9-14
- 第一章 绪论14-20
- §1.1 选题目的与意义14-15
- §1.2 国内外研究现状15-18
- 1.2.1 抗滑桩内力计算方法研究现状15-16
- 1.2.2 不同岩性地基系数研究现状16-17
- 1.2.3 抗滑桩设计参数对内力影响研究现状17-18
- §1.3 论文主要研究内容和成果18-20
- 1.3.1 主要研究内容18
- 1.3.2 主要成果及创新之处18
- 1.3.3 研究技术路线18-20
- 第二章 抗滑桩内力计算方法20-38
- §2.1 抗滑桩设计参数确定20-23
- 2.1.1 桩位与桩间距20-21
- 2.1.2 桩截面尺寸与计算宽度21
- 2.1.3 桩嵌固深度与桩底支承条件21-23
- §2.2 滑坡推力分布形式23-25
- 2.2.1 常见滑坡推力分布形式23-24
- 2.2.2 滑坡推力分布形式的确定24-25
- §2.3 常用的抗滑桩内力计算方法25-27
- 2.3.1 线弹性地基反力法25-26
- 2.3.2 非线性弹性地基反力法26-27
- §2.4 考虑滑床岩体不同地基系数弹性抗滑桩力学模型建立与分析27-36
- 2.4.1 传统设计方法的不足27-28
- 2.4.2 基本假定及力学模型的建立28-29
- 2.4.3 桩身嵌固段挠曲微分方程的建立29-30
- 2.4.4 桩身受荷段受力分析及嵌固段解析解的推导30-35
- 2.4.5 力学模型算例验证35-36
- §2.5 本章小结36-38
- 第三章 地基系数研究38-50
- §3.1 地基系数影响因素38-42
- 3.1.1 岩土体性质38-40
- 3.1.2 支挡结构40-41
- 3.1.3 深度41
- 3.1.4 地下水41
- 3.1.5 时间效应41-42
- §3.2 地基系数的确定42-46
- 3.2.1 理论分析方法42-44
- 3.2.2 经验公式44-46
- 3.2.3 室内或现场加荷试验46
- §3.3 滑床地基系数分布形式对抗滑桩内力与变形的影响46-49
- 3.3.1 计算参数与工况46-47
- 3.3.2 抗滑桩内力分析47-48
- 3.3.3 抗滑桩变形分析48-49
- §3.4 本章小结49-50
- 第四章 滑床不同岩性组合及其层厚比对抗滑桩内力与变形的影响50-59
- §4.1 计算模型的概化50-51
- §4.2 滑床软硬岩层层厚比的影响分析51-53
- 4.2.1 计算参数51
- 4.2.2 抗滑桩内力和变形分析51-53
- §4.3 滑床硬软岩层层厚比的影响分析53-55
- 4.3.1 计算参数53
- 4.3.2 抗滑桩内力和变形分析53-55
- §4.4 滑床软硬互层岩层层厚比的影响分析55-57
- 4.4.1 计算参数55
- 4.4.2 抗滑桩内力和变形分析55-57
- §4.5 滑床不同岩性组合的影响分析57-58
- 4.5.1 不同岩性组合的确定57
- 4.5.2 抗滑桩内力和变形分析57-58
- §4.6 本章小结58-59
- 第五章 抗滑桩设计参数对其内力与变形的影响59-69
- §5.1 截面尺寸59-63
- 5.1.1 计算参数59
- 5.1.2 抗滑桩内力与变形分析59-63
- §5.2 嵌固段长度63-66
- 5.2.1 计算参数63
- 5.2.2 抗滑桩内力与变形分析63-66
- §5.3 桩底支撑条件66-68
- 5.3.1 计算参数66
- 5.3.2 抗滑桩内力与变形分析66-68
- §5.4 本章小结68-69
- 第六章 结论与展望69-71
- §6.1 结论69-70
- §6.2 展望70-71
- 致谢71-72
- 参考文献72-75
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘新荣;梁宁慧;瞿万波;孙辉;陈晓江;;基于遗传算法的抗滑桩优化设计[J];中国地质灾害与防治学报;2006年04期
2 李远宁;石胜伟;吴保和;;预应力混凝土抗滑桩实验与数值计算[J];中国地质灾害与防治学报;2006年04期
3 胡新丽;李长冬;王亮清;;抗滑桩截面经济优化设计探讨[J];地质科技情报;2007年03期
4 李长冬;胡新丽;汤e，
本文编号：372075
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/benkebiyelunwen/372075.html
