滑坡与桩锚结构的相互作用及应用研究

论文摘要

滑坡是自然界的一种十分严重的自然灾害,且随着我国西部大开发基础设施的大规模兴建,在工程建设中,遇见的滑坡越来越多,规模越来越大,机理越来越复杂,其治理难度也越来越大。目前整治滑坡的主要手段是抗滑桩和锚索抗滑桩等。虽然,这两种治理结构在工程中得到广泛的应用,但是,其设计计算理论还不够完善,例如抗滑桩间距设计是根据经验或工程类比的方法确定的,没有考虑桩—土相互作用;锚索抗滑桩结构的设计计算理论研究远远滞后于工程实践。本文围绕桩土相互作用和桩锚变形协调两个问题,对抗滑桩和锚索抗滑桩的设计方法进行了较为深入的研究,获得的主要成果如下:(1)通过对太沙基活动门实验的分析,以Chevalier对改进太沙基活动门试验的三个阶段划分和李长冬提出的抗滑桩与滑坡体相互作用过程的模型为基础,提出了新的关于桩后土拱效应和桩间土拱效应的最小桩间距和最大桩间距的力学计算模型。利用两个不同的滑坡实例对桩间距计算模型进行了实例分析,结果表明,不同计算方法对不同参数的滑坡计算出的桩间距差距较大,由于现有的桩间距计算方法还处于探索阶段,为了使其能更好的服务于工程项目,还需要更多的学者对其进行深入的研究和探讨,并接受工程的检验。(2)采用二维数值模拟方法探讨了桩—土之间的土拱效应,分析不同桩间距、不同土体参数等因素对土拱效应的影响。分析结果表明:在下滑力不变的情况下,当桩间距较小或C、φ值较大时,桩背主要承担下滑力作用,此时,主要发挥作用的为桩后土拱;随着桩间距的增大或C、φ值的变小,桩背承受的下滑力逐渐变小,直到成一固定值,桩间土承担的下滑力逐渐增大,此时,桩后土拱已经破坏,发挥主要作用的为桩间土拱。(3)总结研究了现有的五种锚索抗滑桩的计算方法,并指出了每种方法的不足。同时,考虑了锚索与桩的变形协调和锚索入射角,提出了改进的预应力锚索抗滑桩计算新方法。通过实际工程,计算分析了三种典型锚索抗滑桩计算方法下的桩身弯矩,得出当锚索拉力使桩身正负弯矩相等时,锚索抗滑桩桩身受力最优。(4)以“攀枝花机场滑坡”为例,运用上述研究成果,对原锚索抗滑桩方案进行优化,优化后桩身受力优于原锚索抗滑桩。采用原设计方法和本文提出的方法对锚索抗滑桩的桩身进行了配筋计算,结果表明,本文建立的方法设计的抗滑桩的受拉钢筋的工程量得到减少。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 选题依据及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 滑坡治理研究现状
• 1.2.2 抗滑桩与滑坡相互作用研究现状
• 1.2.3 预应力锚索抗滑桩结构设计理论现状
• 1.3 主要研究内容
• 1.4 研究思路及技术路线
• 第二章 抗滑桩与滑坡相互作用机理研究
• 2.1 传统理论分析方法
• 2.1.1 土拱效应的形成机制
• 2.1.2 传统土拱理论分析方法分类
• 2.1.3 典型桩后土拱效应的桩间距计算模型
• 2.1.4 典型桩间土拱效应的桩间距计算模型
• 2.1.5 传统理论中的不足
• 2.2 基于土拱效应的桩间距模型
• 2.2.1 抗滑桩与滑坡体相互作用的过程分析
• 2.2.2 基于土拱效应的最小桩间距
• 2.2.3 基于土拱效应的最大桩间距
• 2.3 桩间距计算公式的对比分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 桩与土相互作用数值分析
• 3.1 桩土相互作用数值分析方法
• 3.1.1 有限元分析方法ansys 的简介
• 3.1.2 ANSYS 软件的主要功能
• 3.1.3 ANSYS 处理器
• 3.2 桩土相互作用数值模型建立
• 3.2.1 计算模型
• 3.2.2 模型几何条件和参数
• 3.3 土拱效应二维数值分析
• 3.3.1 不同桩间距的土拱效应分析
• 3.3.2 滑体不同粘聚力的土拱效应分析
• 3.3.3 不同内摩擦角的土拱效应分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 预应力锚索抗滑桩设计计算方法研究
• 4.1 概述
• 4.2 现有锚索抗滑桩锚索预应力计算方法概述
• 4.3 预应力锚索抗滑桩的设计计算方法研究
• 4.3.1 基本假设
• 4.3.2 锚索预应力和锚索总拉力的计算方法
• 4.4 锚索拉力设计方法的对比分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 工程应用初探
• 5.1 工程概况
• 5.2 滑坡后缘填筑体高边坡特征
• 5.2.1 总体特征
• 5.2.2 形态特征
• 5.2.3 结构特征
• 5.2.4 地下水特征
• 5.2.5 变形破坏特征
• 5.3 后缘填筑体高边坡下滑推力计算
• 5.3.1 滑体参数的确定
• 5.3.2 下滑推力确定
• 5.4 防治工程方案简述
• 5.5 基于相互作用理论的治理方案优化
• 5.5.1 原方案锚索抗滑桩受力特征
• 5.5.2 锚索总拉力优化及桩受力特征
• 5.5.3 锚索预应力优化
• 5.6 优化后工程量与原设计比较（单桩）
• 5.6.1 优化方案配筋设计
• 5.6.2 原方案配筋设计
• 5.6.3 优化比较
• 结论与建议
• 结论
• 建议
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间取得学术成果