预应力锚索格构梁加固边坡的优化设计及安全系数计算

论文摘要

近年来,随着国民经济的发展及交通、水利以及采矿等基础设施的建设,遇到的滑坡灾害问题日趋严重。因而,滑坡治理方法的研究也备受关注。预应力锚索格构梁结构作为一种新型的边坡抗滑支挡加固措施,近年来广泛应用于边坡工程的加固。预应力锚索格构梁结构能将锚索的锚固作用与混凝土格构梁的支挡作用有效地结合起来,既能加固深层岩土体,又能够结合坡面防护,防止浅层岩土体的风化和水土流失。然而,目前对预应力锚索格构梁优化设计、边坡体内附加应力的分布规律以及加固后边坡安全分析方法研究甚少。因此,加强预应力锚索格构梁结构加固边坡方面的研究具有对工程实践重要的指导意义。为了优化格构梁结构的内力及位移计算,本文将格构梁视作是受锚索预应力荷载的Pasternak双参数弹性地基上的地基梁,推导了双参数地基梁的初参数法。通过某边坡加固工程的格构梁弯矩计算,并与实测结果以及Winkler弹性地基梁的计算结果对比,结果表明：双参数地基梁的计算结果比起Winkler地基计算值小,但是更加接近实测的数据。这说明双参数弹性地基梁比Winkler地基梁更加适合计算格构梁的内力以及位移。最后,分析了格构梁的抗弯刚度EI以及地基参数k、G对格构梁地基反力、弯矩以及剪力的影响。利用Pasternak双参数弹性地基梁的初参数法,综合考虑了格构梁抗弯刚度EI、地基参数k、G的影响,揭示了不同的锚索间距及悬臂段长度下格构梁地基反力的分布规律。通过地基反力的分布规律,得出了锚索间距及悬臂长度的合理取值范围。为了研究预应力锚索-格构梁加固边坡体内附加应力分布规律,优化加固后边坡安全系数计算方法,本文在弹性理论的基础上,将施加在锚索的预应力转换为通过格构梁作用在边坡上的线荷载,推导了边坡体内附加应力计算公式；并基于此,推导出考虑格构梁作用的边坡安全系数计算公式；最后,分别利用有限元法、传统方法以及本文推导出的改进方法计算某边坡工程的安全系数,并进行了对比分析。结果显示本文推导出的改进方法计算得到了比传统方法小,但更加合理的安全系数。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 课题研究现状
• 1.2.1 边坡稳定分析
• 1.2.2 边坡加固技术
• 1.3 预应力锚索格构梁研究现状及不足
• 1.3.1 预应力锚索格构梁的加固机理
• 1.3.2 预应力锚索格构梁计算方法
• 1.3.3 预应力锚索格构梁研究的不足
• 1.4 本文所做的主要工作
• 第二章 格构梁内力计算
• 2.1 引言
• 2.2 控制方程及其求解过程
• 2.3 无限长地基梁的计算
• 2.4 半无限长梁的计算
• 2.5 短梁的计算
• 2.5.1 无载段的内力和位移计算
• 2.5.2 集中力作用下梁的内力位移计算
• 2.6 工程实例计算
• 2.6.1 工程概况
• 2.6.2 参数G的取值
• 2.6.3 计算结果
• 2.7 各参数对格构梁内力的研究分析
• 2.7.1 抗弯刚度EI的影响
• 2.7.2 参数k的影响
• 2.7.3 参数G影响
• 2.8 本章小结
• 第三章 锚索间距及格构梁悬臂段长度的合理范围
• 3.1 引言
• 3.2 计算模型
• 3.3 锚索间距B的确定
• 3.3.1 锚索间距B上限值的确定
• 3.3.2 锚索间距B下限值的确定
• 3.3.3 本节小结
• 3.4 格构梁悬臂段长度的确定
• 3.4.1 悬臂段长度H的确定
• 3.4.2 本节小结
• 3.5 本章小结
• 第四章 锚索格构梁产生的附加应力计算
• 4.1 引言
• 4.2 锚索格构梁引起的坡体内附加应力及位移解
• 4.2.1 计算模型
• 4.2.2 锚索预应力垂直坡面的分力引起的附加应力
• 4.2.3 锚索预应力平行坡面的分力引起的附加应力
• 4.2.4 锚索格构梁产生的位移的解
• 4.3 加固后边坡体内应力分析
• 4.4 理论计算值与有限元值的比较
• 4.5 本章小结
• 第五章 边坡安全系数计算
• 5.1 引言
• 5.2 现有的锚索格构梁加固边坡安全系数计算公式
• 5.2.1 基于Fellenius条分法的边坡安全系数
• 5.2.2 基于Bishop条分法的边坡安全系数
• 5.3 考虑格构梁扩散作用的边坡安全系数计算公式推导
• 5.3.1 基于Fellenius条分法的改进边坡计算公式
• 5.3.2 基于Bishop条分法的改进边坡计算公式
• 5.4 工程实例计算
• 5.4.1 工程概况
• 5.4.2 有限元模拟
• 5.4.3 利用Bishop改进方法计算
• 5.5 本节小结
• 第六章 结论与建议
• 6.1 本文主要结论
• 6.2 进一步研究工作的建议
• 参考文献
• 附录:作者简历及发表的主要论文