预应力锚索桩加固滑坡机理及稳定性研究

论文题目: 预应力锚索桩加固滑坡机理及稳定性研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 道路与铁道工程

作者: 阮波

导师: 刘宝琛,李亮

关键词: 预应力锚索抗滑桩,滑坡,开挖,稳定性,监测,数值分析,可靠性分析,预应力损失

文献来源: 中南大学

发表年度: 2005

论文摘要: 随着国民经济的飞速发展,铁路、公路、水利的建设速度越来越快,出现越来越多的人工边坡,人们将越来越多地遇到滑坡治理问题。预应力锚索抗滑桩作为一种实用有效的支挡工程措施已在边坡整治工程中得到了广泛地应用,然而其理论研究远远滞后于工程应用。本文以浒家洞滑坡治理工程为背景,从现场试验、理论研究及数值模拟方面上对预应力锚索桩的锚固机理及边坡稳定性分析进行研究,主要研究内容如下: (1) 对浒家洞滑坡整治工程进行安全监测设计。在施工及运营期间,对该滑坡的深部位移进行了长期的跟踪观测,研究了滑坡体及抗滑桩的变形规律,确定滑动面的位置,并对边坡稳定性进行趋势性分析。监测位移的及时反馈,为该工程信息化施工及安全运营提供了可靠保证。 (2) 根据预应力锚索锚固段应力的现场测试研究,得出软岩地层中锚固段轴力及剪应力分布特征。 (3) 采用灰色关联理论对锚索预应力锁定损失的影响因素进行了关联分析,研究结果表明,张拉荷载对锁定损失影响最大,其次是自由段长度。锚固段长度影响最小。 (4) 根据锚索预应力变化的现场长期监测结果,分析了软岩地层中锚索锁定后预应力的变化过程及其特征,并采用灰色不等时距GM(1,1)模型建立预应力锚索锁定后损失的预测模型。 (5) 建立了浒家洞滑坡开挖的三维数值分析模型,采用显式有限差分法进行了边坡开挖的三维弹塑性数值模拟,研究了边坡开挖引起的位移场、应力场的变化及开挖引起的塑性区,将模拟结果与现场实测结果进行了比较研究。 (6) 建立了预应力锚索桩的三维数值分析模型,考虑了桩、锚索及土体的耦合作用,采用显式有限差分法进行了预应力锚索桩的三维数值模拟,研究了锚索锚固段轴力分布特征及抗滑桩所受的弯矩、剪力及侧压力。 (7) 建立了浒家洞滑坡稳定性分析的三维数值分析模型,基于强度折减系数法,计算出边坡开挖前、开挖后及预应力锚索桩整治后的安全系数。

论文目录:

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 预应力锚索桩的发展及应用现状

1.3 预应力锚索桩的研究现状

1.3.1 预应力锚索桩的试验研究现状

1.3.2 预应力锚索桩的理论分析研究现状

1.3.3 预应力锚索桩的数值模拟现状

1.4 锚索预应力变化规律的研究现状

1.5 边坡稳定性分析的研究现状

1.6 本文研究方法和内容

1.6.1 本文研究方法

1.6.2 本文研究内容

第二章 浒家洞滑坡整治工程及其监测系统简介

2.1 工程概况

2.2 工程地质条件

2.2.1 地形地貌

2.2.2 地质构造

2.2.3 地层岩性

2.3 水文地质条件

2.4 岩土体力学参数试验研究

2.5 安全监测设计

2.5.1 监测项目

2.5.2 深部位移监测断面布置

2.5.3 预应力锚索锚固段应力测试测点布置

2.5.4 锚索预应力变化监测布置

2.6 本章小结

第三章 滑坡体安全监测反馈分析

3.1 概述

3.2 BF5515型滑动式测斜仪的基本工作原理

3.3 数据整理的基本方法

3.4 滑动面位置的确定

3.5 抗滑桩的变形特性

3.6 地质情况判断

3.7 地下水位随时间的变化

3.8 施工活动及地下水位变化对滑坡体稳定性的影响

3.8.1 地下水位变化对滑坡体稳定性的影响

3.8.2 施工活动对滑坡体稳定性的影响

3.9 滑坡体位移特征

3.10 位移监测反馈分析

3.11 边坡稳定趋势性分析

3.11.1 位移速率分析

3.11.2 回归分析

3.12 本章小结

第四章 软岩地层中预应力锚索力学行为现场试验研究

4.1 概述

4.2 预应力锚索锚固段应力测试与分析

4.2.1 测试原理

4.2.2 1860级钢绞线的力学性质试验

4.2.3 钢绞线贴片的室内标定

4.2.4 锚固段轴力及剪应力的分布特征

4.3 锚索预应力变化的监测分析

4.3.1 测试原理

4.3.2 荷载位移关系

4.3.3 钢弦受力的不均匀性

4.3.4 锚索预应力的锁定损失

4.3.5 锚索预应力的锁定后损失

4.4 本章小结

第五章 锚索预应力变化规律研究

5.1 概述

5.2 锚索预应力锁定损失的影响因素

5.2.1 锚索锁定损失与钢绞线张拉回缩量的关系

5.2.2 锚索锁定损失与锚索自由段长度的关系

5.2.3 锚索锁定损失与张拉荷载的关系

5.2.4 锁定损失与张拉工艺的关系

5.3 预应力锚索锁定损失影响因素的灰色关联度分析

5.3.1 灰色关联分析的基本原理和方法

5.3.2 预应力锚索锁定损失影响因素的灰色关联度分析

5.4 锁定后锚索预应力的变化过程及其特征

5.5 锚索预应力变化的机理分析

5.5.1 钢绞线的松弛对锁定后损失的影响

5.5.2 岩土体的蠕变对锁定后损失的影响

5.6 影响锚索预应力变化的其它因素

5.6.1 降雨入渗对锚索预应力的影响

5.6.2 冲击荷载时锚索预应力的影响

5.6.3 锚孔灌浆对锚索预应力的影响

5.6.4 温度变化对锚索预应力的影响

5.7 减小预应力损失的措施

5.7.1 设计中的控制措施

5.7.2 改进施工工艺

5.8 预应力锚索锁定后损失的灰色预测

5.8.1 等时距的GM(1，1)模型

5.8.2 不等时距的GM(1，1)模型

5.8.3 浒家洞滑坡锚索预应力锁定后损失的不等时距GM(1，1)模型

5.9 本章小结

第六章 边坡开挖的三维弹塑性数值模拟

6.1 概述

6.2 边坡开挖的数值模拟方法

6.2.1 三维空间离散

6.2.2 空间导数的有限差分近似

6.2.3 节点的运动方程

6.2.4 节点的速度及位移

6.2.5 本构方程与屈服准则

6.3 浒家洞滑坡开挖的三维数值模拟

6.3.1 计算模型及边界条件

6.3.2 岩土体物理力学参数及初始应力场

5.3.3 模拟方法

6.3.4 边坡开挖变形

6.3.5 开挖应力场

6.3.6 开挖塑性区

6.4 本章小结

第七章 预应力锚索桩三维数值模拟及边坡稳定性分析

7.1 概述

7.2 预应力锚索的数值模拟

7.2.1 锚索的轴向特性

7.2.2 界面模拟

7.2.3 灌浆体的剪切特性

7.2.4 不同岩层中预应力锚索的数值模拟试验

7.3 抗滑桩的数值模拟

7.3.1 桩土界面耦合模拟

7.3.2 切向耦合弹簧的特性

7.3.3 法向耦合弹簧的特性

7.4 预应力锚索桩加固边坡的三维数值模拟

7.5 边坡稳定性分析的三维数值模拟

7.5.1 FLAC3D计算结果规律性研究

7.5.2 FLAC3D计算结果与传统极限平衡方法的比较

7.5.3 浒家洞滑坡稳定性分析的三维数值模拟

7.6 本章小结

第八章 边坡可靠性的蒙特卡罗分析

8.1 边坡可靠性分析的意义

8.2 边坡可靠性分析方法

8.2.1 蒙特卡罗方法

8.2.2 统计矩近似法

8.2.3 一次二阶矩法

8.2.4 随机有限元法

8.2.5 各种方法评价

8.3 基于蒙特卡罗方法的边坡可靠性分析

8.3.1 蒙特卡罗法(Monte Carlo Method)基本原理

8.3.2 均匀分布随机数的产生

8.3.3 任意分布随机变量的产生

8.3.4 多维随机变量的产生

8.3.5 模拟步骤

8.3.6 蒙特卡罗模拟的精度

8.3.7 风险评价

8.4 边坡可靠度指标影响因素的规律性研究

8.4.1 随机变量变异性分析

8.4.2 计算模型对可靠度指标的影响

8.4.3 土性参数的概率分布对可靠度指标的影响

8.4.4 概率密度函数左截尾分布对可靠度指标的影响

8.4.5 模拟次数对可靠度指标的影响

8.4.6 土性参数的变异性对可靠度指标及破坏概率的影响

8.5 浒家洞滑坡的Monte Carlo模拟

8.5.1 计算断面及土层的物理力学性质

8.5.2 随机量的生成

8.5.3 计算结果及分析

8.6 本章小结

第九章 总结与展望

9.1 全文总结

9.2 本文主要创新点

9.3 有待于进一步研究的问题

参考文献

致谢

攻读学位期间的主要研究成果

发布时间: 2006-04-11

参考文献

• [1].边坡稳定性分析评价方法及抗滑桩研究[D]. 邱焕峰.武汉大学2013
• [2].边坡变形破坏及抗滑桩与土体相互作用研究[D]. 高长胜.南京水利科学研究院2007
• [3].基于桩土共同作用下的抗滑桩的计算与应用研究[D]. 刘静.中南大学2007
• [4].基于离心振动台模型试验的锚索抗滑桩抗震技术研究[D]. 郑桐.中国地震局工程力学研究所2017
• [5].考虑空间效应的抗滑桩边坡稳定性上限法与数值模拟研究[D]. 张海清.中国地质大学(北京)2017

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