深层滑坡体特长抗滑桩护壁支护参数优化及极限位移研究

摘要

改革开放以来,我国的经济有了迅猛的发展,因此使得在特殊地质条件下的土木工程成为可能,大量的铁路公路以及地下工程纷纷上马,当穿越滑坡地带时常常会诱发地质灾害,威胁施工人员的生命安全,严重影响工期。在这种情况下,抗滑桩由于抗滑力大、设备简单、节省工程数量、噪音低且施工简便等优点而备受现场亲昧,在土木工程中的作用是不可替代的。因为抗滑桩工程是在地下施工,为了保障施工人员的安全和工程的顺利进行,一般都必须设置支护井壁,也就是抗滑桩护壁。抗滑桩一旦开挖,抗滑桩护壁便作为临空面的主要支护而承受着桩周围岩产生的土压力,迄今为止,抗滑桩开挖的深度与侧向土压力的关系并没有科学的论证,在抗滑桩的设计中也没有明确考虑到抗滑桩护壁对桩身承载力到底有多大贡献,然而抗滑桩护壁科学合理的设计将直接影响到施工人员的安全与抗滑桩工程的质量。
　　目前开挖深度在70m以上的抗滑桩在国内外几乎没有类似的工程可以借鉴,属于特长抗滑桩。为了研究深层滑坡体特长抗滑桩护壁的极限位移,本文依托大坪滑坡治理工程,使用大型有限元软件 ANSYS对特长抗滑桩70-71m处的护壁受力和变形做数值模拟分析,以朗肯主动土压力理论和土拱效应为理论基础,在应力释放率和塑性应变之间建立关系,根据塑性应变突变原理,发生塑性应变突变时所对应的位移值,就是抗滑桩护壁的极限位移,并对抗滑桩护壁的支护参数进行优化。
　　研究内容与方法:
　　(1)查阅大量的文献资料,对抗滑桩桩周围岩体的变形有了新的认识,桩周围岩体变形指的是一旦抗滑桩开挖,其支护也就是抗滑桩护壁有了塑性变形,且不能有效的控制塑性变形,致使变形值大于规定值,或者抗滑桩完工后,抗滑桩护壁四周有裂纹和鼓起等情况可以看做是抗滑桩桩周围岩体发生变形;
　　(2)将桩周围岩塑性应变发生突变时的状态定义为极限状态,通过模拟抗滑桩桩周围岩的应力释放,也就是在改变抗滑桩桩周围岩的应力释放率的过程中,桩周围岩关键点处的塑性应变会发生突变,即可得到极限状态。利用Excel对关键点塑性应变和关键部位位移随应力释放率变化的曲线进行绘制,得到塑性突变点,从而得到深层滑坡体特长抗滑桩护壁的极限位移值;
　　(3)通过对影响深层滑坡体特长抗滑桩桩周围岩稳定性的几个因素进行数值模拟,在分析各参数时,需使其他参数为定值,改变某一参数研究这一参数对桩周围岩体在X和Y方向的塑性应变、位移变化和应力变化的趋势,从而对抗滑桩护壁的支护参数进行优化。
　　主要研究成果:
　　(1)结合大坪滑坡的现场情况,在介绍了抗滑桩开挖过程中空间效应的基础上,分析总结了桩周围岩变形的原因。内因就是大坪滑坡的地质特点,也就是抗滑桩桩周岩土体的岩石特性和抗滑桩所在的高地应力;外因包括施工工法和抗滑桩护壁的支护措施等。
　　(2)以塑性突变理论为指导,通过使用大型有限元软件ANSYS进行数值模拟,利用Excel绘制曲线,得到塑性突变点,进而得到深层滑坡体特长抗滑桩护壁的极限位移值,顶脚处极限位移为1.04mm,X方向中点处的极限位移为3.53mm,Y方向中点处的极限位移为3.12mm。
　　(3)对抗滑桩护壁不同支护参数(不同弹性模量和不同厚度)工况下进行数值模拟,对抗滑桩护壁的支护参数进行优化。建议取抗滑桩护壁弹性模量E=2.8e10 N/m2,具体参数为护壁采用C20钢筋混凝土,护壁钢筋为Φ12主筋44根,单根长1.3m,Φ12框架钢筋8根,单根长15.486m;抗滑桩护壁厚度D=0.50m。

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1绪论

1.1选题背景及依据

1.2国内外研究现状

1.3本文的研究目标和主要内容

1.4本文的研究思路及技术路线

2大坪滑坡工程概况及桩周围岩变形分析

2.1大坪滑坡概况

2.2特长抗滑桩开挖时的空间效应

2.3抗滑桩桩周围岩变形分析

3抗滑桩护壁与桩周土体相互作用机理

3.1引言

3.2土压力理论分析

3.3土的应力应变特征

3.4特长抗滑桩护壁土压力分析

3.5 本章小结

4基于突变理论的抗滑桩护壁极限位移数值模拟分析

4.1 突变理论

4.2特长抗滑桩护壁极限位移数值模拟分析

4.3本章小结

5特长抗滑桩护壁支护参数优化研究

5.1护壁弹性模量的影响

5.2护壁厚度的影响

5.3本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果