桩锚结构设计理论及安全性评价

论文摘要

桩锚结构是边坡治理工程措施之一，它是在抗滑桩和锚索应用的基础上发展起来的。其基本概念借助于锚索所提供的锚固力和抗滑桩所提供的阻滑力并由二者组成的桩—锚支挡体系共同阻挡边坡的下滑，在当前工程中使用日益广泛，但其设计计算理论研究远远滞后于工程应用，特别是在长期稳定性和工程结构安全性评价方面的研究工作做得很少。因此，加强设计理论研究，是一项十分紧迫的工作。 有鉴于此，本论文结合《京珠高速公路粤境北段路堑高边坡病害预防及防治措施研究》，《川藏公路前龙段滑坡机理与整治技术研究》等科研项目，在前人已有研究成果的基础上，充分吸收相关行业的研究成果和成功经验，结合典型边坡工程的实际情况，从研究坡体压力出发，分析当前桩锚结构设计理论，对其设计方法进行改进，结合锚索锚固机理的研究，进行桩锚结构长期稳定性分析和工程结构安全性评价，以期求得较为符合实际的计算分析理论，满足工程实际的需要，更好的为工程建设服务。通过较详细的分析和研究，主要取得了如下结论与成果： (1) 坡体与桩锚结构物之间的相互作用机制，研究了抗滑桩土拱力学效应，分析了桩土应力分担比，讨论了坡体压力、土体性质以及桩土接触面性质等影响因素对土拱效应性态的影响。据此，提出了一种考虑土拱效应折减的桩土相互作用的位移模型，与现有计算模型相比，该模型能考虑滑坡推力随桩体变形、桩周岩土体变形而不断调整自身的分布，且将土拱效应引入到力学计算模型中，得出了桩后滑体系统位移为平动时抗滑桩求解的微分方程式，较之将滑坡推力设定为一固定的分布形式的现有计算方法，更符合工程实际。 (2) 考虑到工程实际中锚固段的黏结应力为非均匀分布，提出按照锚固段黏结剪应力非均匀分布的理想弹塑性模型的锚索设计理论进行该问题的分析。给出了锚索与浆体之间，以及围岩与浆体之间的黏结受力区长度解析公式，并进行了算例分析。 (3) 总结了9种影响预应力损失的主要因素，即锚索材料松弛、地层岩土蠕变、锚头夹具回缩、张拉系统摩阻、混凝土收缩与蠕变、爆破与地震作用、张拉顺序、设计荷载以及雨水入渗。针对不同影响因素的特性规律，提出应力补偿措施。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 边坡稳定分析的现状
• 1.2.2 桩锚支挡结构物的研究现状
• 1.2.3 长期安全性评价的研究现状
• 1.3 论文研究思路、主要内容和技术路线
• 第2章 作用于桩锚结构上的坡体压力
• 2.1 引言
• 2.2 桩锚结构与坡体的相互作用
• 2.3 抗滑桩上的滑坡推力
• 2.3.1 抗滑桩土拱效应理论分析
• 2.3.2 抗滑桩土拱效应数值模拟
• 2.4 岩土体与抗滑桩相互作用的位移模型
• 2.5 预应力锚索地梁类结构的坡体压力
• 2.6 算例分析
• 2.7 本章小结
• 第3章 预应力锚索作用机理
• 3.1 概述
• 3.2 锚体与岩体相互作用关系
• 3.3 拉力型预应力锚索锚固段的解析计算
• 3.3.1 目前设计理论
• 3.3.2 锚索锚固段长度的解析解
• 3.3.3 工程计算实例
• 3.4 拉力型预应力锚索锚固段的数值计算
• 3.4.1 计算模型与方案
• 3.4.2 计算结果
• 3.4.3 理论计算与数值计算结果比较
• 3.5 预应力锚索应力损失影响因素分析
• 3.5.1 锚索预应力随时间的变化规律
• 3.5.2 影响锚索预应力损失的因素
• 3.5.3 锚索预应力损失的简单估算
• 3.5.4 减少预应力损失的施工建议
• 3.6 本章小结
• 第4章 锚索抗滑桩的设计理论
• 4.1 概述
• 4.2 普通抗滑桩的设计计算
• 4.3 预应力锚索桩设计计算
• 4.3.1 计算基本假定
• 4.3.2 基本计算原理及过程
• 4.3.3 设计锚索预应力值的确定
• 4.3.4 桩身内力计算
• 4.4 实例分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 预应力锚索框架梁的内力分析
• 5.1 概述
• 5.2 温克尔（WINKLER）地基模型
• 5.3 预应力锚索框架地梁的内力计算
• 5.3.1 不考虑扭转效应的（Winkler）分析
• 5.3.2 计算方法
• 5.3.3 工程实例比较分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 锚固坡体长期稳定性分析
• 6.1 概述
• 6.2 边坡蠕变分析
• 6.2.1 边坡蠕变理论
• 6.2.2 边坡蠕变破坏过程与本构模型
• 6.2.3 边坡蠕变工程实例
• 6.3 锚索预应力损失与坡体蠕变耦合分析
• 6.3.1 计算模型
• 6.3.2 理论推导
• 6.3.3 工程坡体锚固体系耦合分析
• 6.4 本章小结
• 第7章 锚固段二次劈裂注浆设计
• 7.1 普通注浆锚杆（索）的缺陷
• 7.2 提高锚固力的讨论
• 7.3 二次劈裂注浆提高预应力锚索承载力研究
• 7.3.1 劈裂注浆的加固机理
• 7.3.2 劈裂注浆锚索承载力简化计算
• 7.4 二次劈裂注浆锚索结构设计参数讨论
• 7.4.1 劈裂区域
• 7.4.2 注浆管布置
• 7.4.3 浆液选择
• 7.4.4 最佳水灰比的选择
• 7.4.5 劈裂注浆压力的确定
• 7.4.6 劈裂注浆时间的确定
• 7.4.7 劈裂注浆锚索间距的确定
• 7.5 工程实例
• 7.6 本章小结
• 第8章 桩锚结构加固坡体的安全性评价
• 8.1 概述
• 8.2 桩锚工程结构物的安全标准
• 8.2.1 极限平衡法安全系数定义
• 8.2.2 有限元法中安全系数的定义
• 8.2.3 加固边坡的失稳破坏判据
• 8.2.4 计算方法对安全系数的影响
• 8.3 加固边坡稳定的敏感度分析
• 8.3.1 敏感度分析法的基本概念和步骤
• 8.3.2 正交设计原理
• 8.3.3 正交试验设计
• 8.4 多因素可靠度边坡风险分析
• 8.4.1 工程风险概念
• 8.4.2 多因素作用下风险分析
• 8.4.3 边坡在锚固力随机变化条件下的风险分析
• 8.4.4 边坡在水平地震力随机变化条件下的风险分析
• 8.4.5 多因素综合风险计算
• 8.4.6 工程评价实例
• 8.5 工程结构的风险决策准则
• 8.6 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文及科研成果