郑州粉土内抗滑桩桩间土拱及合理桩间距研究

摘要

随着城市建设规模的不断扩大，城市边坡治理难度不断升级，抗滑桩由于出色的抗滑性能，越来越多的用于边坡治理中。在抗滑桩设计工作中桩间距的取值非常重要，合理桩间距的取值就在于要形成桩间土拱，利用桩间土拱将滑坡推力传递到抗滑桩稳定受荷段,从而发挥抗滑桩的抗滑性能。由于桩间距取值与土体参数直接相关，有很大的地区差异性，很多地区由于没有系统的研究结果作为依据，在桩间距取值时会过于保守，不能兼顾工程安全性与经济性。对粉土地区抗滑桩桩间土拱作用规律及合理桩间距取值并没有针对性研究，河南郑州地区大部分都为粉土土质，在粉土地区研究桩间土拱形成规律及合理桩间距取值非常有必要。本文以此为背景，从三方面研究粉土内抗滑桩桩间土拱形成规律，采用郑州黄河公路大桥中游段粉土，分组进行室内模型实验，根据实验现象和实测数据分析桩间土拱的成拱规律和粉土内合理桩间距与桩宽比值；采用离散元法进行PFC二维数值模拟，与室内试验结果进行对比总结；进一步研究合理桩间距范围及成拱规律；根据数值模拟结果中拱脚形成位置选择粉土内土拱受力模型，在前人理论研究的基础上对桩间距推导公式进行修正，通过工程实例对比，选择适合粉土的桩间土拱模型及桩间距推导公式。主要内容包括4个方面。
　　1.选取郑州黄河公路大桥中游段粉土，建立缩小比例的室内桩土模型，进行不同桩间距（2倍桩宽、3倍桩宽、4倍桩宽、5倍桩宽）和滑坡推力（0.6KPa、0.9KPa、1.2KPa、1.5KPa、1.8KPa）的分组实验，研究不同滑坡推力和桩间距对桩间土拱形成及破坏的影响，通过观察桩间土体破坏现象、记录各组桩顶位移值、监测桩后桩身不同深度的应力及弯矩分布，得到桩间距、滑坡推力对土拱形成及破坏的影响规律，并初步得到粉土内合理桩间距与桩宽比例关系，及合理桩间距条件下土拱承载力与其余组别比值。
　　2.数值模拟尺寸选择以实验尺寸为依据，采用PFC离散元法对桩土平面进行数值模拟，利用软件自身优势，通过对加载过程中桩间土拱的形成、破坏进行微观观察及标定土拱形成及破坏过程中土体颗粒位移范围，得到桩间土体的应力分布、土体移动趋势、土体颗粒位移范围，根据模拟结果得到粉土内桩间土拱形成及破坏规律，将PFC模拟结果与实验结果进行对比分析，确定粉土内合理桩间距取值范围、合理桩间距条件下桩间土拱承载力、土拱形成过程中桩间土体位移与桩宽比值，并根据细观模拟结果得到粉土内拱脚形成位置为桩后，根据本文研究结果确定粉土内土拱受力模型为直接型。
　　3.用粉土土体参数来重新定义抛物线形拱轴线表达式，研究粉土土体参数对拱轴线表达式的影响程度，并得到合理桩间距条件下土拱拱高与拱跨比值；在总结前人对桩间土拱和桩间距研究的基础上，对不同的桩间土拱受力模型进行修正；并根据修正后公式研究不同滑坡推力分布情况下抗滑桩桩身最不利受力点为抗滑桩悬臂根处。
　　4.通过整合实际工程的已有参数，根据本文修正的两种经典土拱受力模型，分别代入工程参数比对结果，证实本文所选择的直接型土拱模型结果与实际工程更为接近；并分别对比室内模型试验、数值模拟、理论推导中所确定的合理桩间距，证明本文结论在郑州粉土地区的适用性。

目录

声明

第一章 绪论

1.1研究意义

1.2国内外研究现状

1.3本文研究内容及技术路线

第二章 室内模型实验

2.1室内模型实验分组

2.2实验准备

2.3实验步骤

2.4实验现象对比

2.5实验数据及结论

2.6本章小结

第三章 土拱效应颗粒流分析

3.1离散元基本理论

3.2颗粒流模型的建立

3.3模拟方案

3.4数值模拟与分析

3.5本章小结

第四章 粉土内合理桩间距理论研究

4.1粉土内拱轴线方程研究

4.2粉土内土拱跨高比研究

4.3摩擦型土拱桩间距研究

4.4直接型土拱桩间距

4.5滑坡推力分布形式

4.6粉土内桩间土拱受力模型选择

4.7本章小结

第五章 工程实例对比分析

5.1河南省体育场网球馆边坡支护工程概述

5.2边坡支护工程平面及剖面简介

5.3桩间距对比分析

第六章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文