微型桩加固浅层堆积层膨胀土滑坡机理与应用研究

微型桩加固浅层堆积层膨胀土滑坡机理与应用研究

论文摘要

微型桩在滑坡防治中一经使用便得到学术界及工程界广泛关注,微型桩的桩径较小、长径比大、抗弯刚度小,其应用历史短,人们对它的承载机理和破坏模式还没有充分认识,其对滑坡的加固补强作用如何发挥,微型桩组合结构如何抗滑、加固,目前的研究分析还不够深入,尚没有形成一套比较系统的微型桩计算理论和设计方法,很大程度上仍然影响着微型桩的应用与推广。因此研究微型桩的承载、变形及破坏机理及微型桩的设计理论和工程应用技术,发展符合实际工程特点的微型桩设计理论及施工技术显得十分重要。陕南山区处于我国秦巴山地之中,地质构造复杂,岩体破碎,气候特殊,是我国地质灾害高发区和重灾区。全区共发育地质灾害7109处,其中滑坡6353处,占总数的89.4%,对区内3442处滑坡灾害调查数据统计分析后发现,滑坡中堆积层滑坡约占总数92.3%,堆积层滑坡中浅层滑坡占51%,中层滑坡占42%,深层滑坡占7%,部分滑坡具有膨胀性。滑坡灾害防治成为地方政府的一项重要任务。论文依托《陕南山区滑坡灾害防治关键技术研究》项目,以陕南地区具有明显区域特征的滑坡体和不同组类的微型抗滑桩为主要研究对象,首先从滑坡滑体厚度、滑面倾角、滑体规模、滑体岩性、稳定性状态和形成机理六个方面提出了复杂地质环境条件下陕南山区堆积层滑坡的分类方案,研究了降雨入渗诱发堆积层滑坡形成机理和具有膨胀性的堆积层滑坡形成、破坏机理。以室内相似模型试验、数值分析、工程现场监测试验、微型桩应用工程总结分析为手段,对微型桩加固堆积层膨胀土滑坡的荷载传递路线、荷载分配规律、微型桩受力、变形特性和破坏模式进行系统研究,分析微型桩在不同桩间距、排间距、锚固深度、桩顶约束及大气降水等因素影响下的承载特点,研究微型桩对膨胀土滑坡的加固机理、设计原则和设计技术。研究内容对陕南山区滑坡灾害微型桩治理的设计理论及施工技术进步有着重要的理论与实践意义。论文取得的研究成果为:(1)本文首次提出了复杂地质环境条件下陕南山区堆积层滑坡的分类方案,并分析了陕南堆积层滑坡的发育特征和影响因素,研究了降雨入渗诱发的堆积层滑坡和浅层膨胀土滑坡的形成、破坏机理。(2)利用数值模拟、物理模型试验、现场监测试验手段,首次对陕南山区浅层堆积层膨胀土滑坡微型桩加固机理进行了系统的研究。(3)对桩的合理间距、合理排拒、桩土共同作用、排桩荷载分担比、桩的锚固深度、连系梁的作用及敏感因素分析并结合降雨情况进行了研究,结合22个滑坡工程的设计实践,确定了微型桩的三种破坏模式,分别为整体破坏、单桩破坏和局部破坏,首次提出了陕南山区浅层堆积层膨胀土滑坡微型桩加固的设计原则、设计思想、设计方法和设计步骤。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 1 绪论
  • 1.1 研究背景及意义
  • 1.2 国内外研究现状
  • 1.2.1 微型桩应用发展史
  • 1.2.2 国内外微型桩抗滑工程研究现状
  • 1.2.3 微型桩计算理论研究现状
  • 1.2.4 微型桩模型试验研究现状
  • 1.2.5 微型桩数值模拟计算研究现状
  • 1.2.6 微型桩加固膨胀土滑坡研究现状
  • 1.3 研究内容及方法
  • 2 陕南山区堆积层滑坡发育特征及其形成机理
  • 2.1 陕南山区堆积层滑坡分类
  • 2.1.1 按滑坡滑体厚度分类
  • 2.1.2 按滑坡倾角分类
  • 2.1.3 按滑体规模分类
  • 2.1.4 按照滑体岩性分类
  • 2.1.5 按稳定性状态分类
  • 2.1.6 按形成机理分类
  • 2.1.7 陕南山区堆积层滑坡分类方案
  • 2.2 滑坡发育特征
  • 2.2.1 滑坡地形分布特征
  • 2.2.2 滑坡地貌分布特征
  • 2.2.3 滑坡地下水发育特征
  • 2.2.4 滑体变形特征
  • 2.2.5 滑坡和降雨的关系
  • 2.2.6 滑坡发生的时间特征
  • 2.2.7 滑坡分布的方位特征
  • 2.2.8 灾害的发生具有链生性
  • 2.2.9 滑坡和人类工程活动强度具有相关性
  • 2.2.10 滑坡具有高维、复杂和随机性
  • 2.3 滑坡影响因素分析
  • 2.3.1 地形地貌条件
  • 2.3.2 地质构造条件
  • 2.3.3 地震
  • 2.3.4 地层岩性
  • 2.3.5 岩土体结构
  • 2.3.6 水的作用
  • 2.3.7 人类工程活动
  • 2.4 滑坡形成机理研究
  • 2.4.1 降雨入渗诱发堆积层滑坡形成机理
  • 2.4.2 具有膨胀性的堆积层滑坡形成机理
  • 2.5 本章小结
  • 3 堆积层膨胀土滑坡微型桩加固相似模型试验
  • 3.1 模型试验的基本原理和方法
  • 3.1.1 相似理论
  • 3.1.2 滑坡模型试验类型
  • 3.1.3 近似模化方法
  • 3.2 微型桩加固滑坡物理试验模型系统设计
  • 3.2.1 相似比例确定
  • 3.2.2 模型框架设计
  • 3.2.3 滑体模型设计
  • 3.2.4 微型桩及连系梁设计
  • 3.2.5 喷淋烘干装置设计
  • 3.2.6 传感器
  • 3.2.7 测试系统
  • 3.3 模型试验设计
  • 3.3.1 分组设计
  • 3.3.2 试验步骤
  • 3.4 试验结果分析
  • 3.4.1 测点位移及桩身弯矩分析
  • 3.4.2 桩间距影响分析
  • 3.4.3 锚固深度影响分析
  • 3.4.4 排间距影响分析
  • 3.4.5 土拱效应分析
  • 3.4.6 桩端连系梁加固效果分析
  • 3.5 本章小结
  • 4 堆积层滑坡微型桩加固数值分析
  • 4.1 FLAC3D软件介绍
  • 4.1.1 FLAC3D的特点
  • 4.1.2 FLAC3D的基本原理
  • 4.2 工程概况
  • 4.3 数值模型建立
  • 4.3.1 单元选取
  • 4.3.2 本构模型、强度准则及变形模式选取
  • 4.3.3 材料参数
  • 4.3.4 边界条件及荷载条件
  • 4.4 计算结果及分析
  • 4.4.1 桩土相互作用分析结果
  • 4.4.2 桩参数敏感性分析
  • 4.4.3 土体参数的敏感性分析
  • 4.4.4 膨胀前后滑坡的变形分析
  • 4.5 本章小结
  • 5 堆积层膨胀土滑坡微型桩加固设计研究
  • 5.1 微型桩现有设计计算方法及不足
  • 5.2 微型桩加固滑坡的破坏模式
  • 5.2.1 整体破坏
  • 5.2.2 单桩破坏
  • 5.2.3 局部破坏
  • 5.3 设计原则
  • 5.4 微型桩加固设计计算方法
  • 5.4.1 设计思想
  • 5.4.2 布置形式及排水设计
  • 5.4.3 设计计算方法
  • 5.4.4 微型桩加固滑坡设计步骤
  • 5.5 微型桩加固滑坡设计算例
  • 5.5.1 工程背景
  • 5.5.2 滑坡推力的计算
  • 5.5.3 微型桩尺寸的初步确定
  • 5.5.4 微型桩内力计算
  • 5.5.5 微型桩支护体系验算
  • 5.6 本章小结
  • 6 堆积层滑坡微型桩设计治理技术的应用及现场监测分析
  • 6.1 典型堆积层滑坡微型桩设计治理技术的应用
  • 6.2 监测工程概况
  • 6.3 监测方案
  • 6.3.1 位移监测
  • 6.3.2 土压力监测
  • 6.3.3 微型桩桩身内力监测
  • 6.4 深部位移及地表变形分析
  • 6.5 滑坡体所受土压力分析
  • 6.5.1 水平方向布置的土压力盒测试结果分析
  • 6.5.2 竖直方向布置的土压力盒测试结果分析
  • 6.6 微型桩桩身内力分析
  • 6.6.1 土体和微型桩产生相对位移之前微型桩的工作状态分析
  • 6.6.2 土体和微型桩产生相对位移之后微型桩的工作状态分析
  • 6.7 本章小结
  • 7 结论及展望
  • 7.1 结论
  • 7.2 创新点
  • 7.3 展望
  • 致谢
  • 参考文献
  • 附录一
  • 附录二
  • 相关论文文献

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