边坡稳定分析和抗滑桩优化设计

论文摘要

边坡工程涉及到国民经济建设的各个方面,如铁路、公路、露天采矿工程、房屋建筑、水利建设与市政建设等等,一方面它关系到其所维系的各种构筑物的安全与正常使用,另一方面又影响到构筑物的建设成本。随着人口的急速增长和土地资源的过度开发,边坡问题已成为同地震和火山相并列的全球性三大地质灾害之一。目前有限元法能考虑岩土体的应力-应变性质,可动态模拟土坡的失稳过程及其滑移面形状,并可以求出岩土体内部各处的应力和变形值,克服了极限平衡法的大部分缺陷。文中采用有限元折减方法,通过广义塑性应变等值线图自动给出最危险滑移面,此时的折减系数即为边坡稳定安全系数。对边坡稳定进行敏感性分析,从而确定各因素对土质边坡稳定系数变化的敏感性大小。结果表明,土体的粘聚力、内摩擦角、重度对边坡稳定性的影响最为敏感,坡角、坡高的影响次之,为实际边坡工程的合理有效设计及边坡治理提供了一些参考依据。在滑坡治理工程中,抗滑桩作为一种支挡抗滑结构物而广泛应用于边坡的稳定性治理中。传统设计计算理论所采用的许多假设都在不同程度上回避了桩-土相互作用的全面分析,把滑坡体和抗滑桩分开考虑,没有彻底解决桩-土相互作用力学机制的问题。文中把抗滑桩和滑坡体作为整体分析、有效而准确地考虑抗滑桩和滑坡体的相互作用。系统地计算与分析了设桩位置、材料参数变化与桩的抗弯刚度等对抗滑桩加固边坡稳定性的影响,最后,结合一具体工程实例,运用前文的分析,确定抗滑桩作用下的边坡稳定方法,对其进行了有限元分析计算,进行抗滑桩加固分析。对抗滑桩作用下的边坡稳定性进行分析,计算了各种约束条件下桩身位移、弯矩和剪力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 致谢
• 第一章 绪论
• 1.1 边坡稳定理论的发展
• 1.2 边坡的类型及特征
• 1.3 边坡稳定性分析常用方法
• 1.3.1 有限单元法
• 1.3.2 极限平衡法
• 1.3.3 几种计算方法比较
• 1.4 国内外对抗滑桩研究现状
• 1.4.1 抗滑支挡结构
• 1.4.2 抗滑桩的研究
• 1.4.3 多排抗滑桩的研究
• 1.5 本文选题以及主要工作
• 第二章 边坡计算方法及非线性有限元原理
• 2.1 概述
• 2.1.1 瑞典条分法
• 2.1.2 Bishop 法
• 2.1.3 Janbu 法
• 2.1.4 Spencer 法
• 2.2 非线性有限元的分类与求解方法
• 2.2.1 非线性有限元求解
• 2.2.2 迭代法
• 2.2.3 牛顿一拉菲逊迭代法
• 2.2.4 拟牛顿法
• 2.2.5 欧拉法
• 2.2.6 修正的欧拉法
• 2.2.7 混合法
• 第三章 边坡加固方法及影响因素
• 3.1 极限平衡安全系数定义
• 3.2 有限元强度折减法
• 3.3 破坏标准的判断
• 3.4 分析加固边坡稳定的敏感性
• 3.4.1 敏感度分析法的基本概念
• 3.4.2 正交设计原理
• 3.4.3 正交试验设计
• 3.5 结论
• 第四章 抗滑桩的优化设计
• 4.1 滑坡体和抗滑桩的有限元模型
• 4.1.1 滑坡体的有限元模型
• 4.1.2 抗滑桩的有限元模型
• 4.2 抗滑桩设计步骤及要求
• 4.3 抗滑桩的平面布置
• 4.3.1 抗滑桩的间距
• 4.3.2 抗滑桩的锚固深度
• 4.4 桩位变化的数值模拟
• 4.4.1 桩的相对位置对抗滑桩加固边坡稳定的安全系数影响
• 4.4.2 材料参数对抗滑加固边坡稳定安全系数的影响
• 4.5 本章小结
• 第五章 工程实例分析
• 5.1 工程现场情况介绍
• 5.2 工程地质条件
• 5.3 气象特征
• 5.4 典型断面选取
• 5.5 单排桩治理方案
• 5.6 双排桩治理方案
• 5.7 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文