高填方边坡多级支护的稳定性分析

摘要

随着都市建设的迅速发展，土地资源愈发紧张，人们利用有限的地面来建造各种高层的建筑物、水利水电设施、港口和铁路等大量工程项目，在这些工程的建设过程或者建成后运营期内，大量的边坡工程应运而生，随之而来的是各种边坡稳定以及滑坡灾患问题。目前对简单边坡的稳定性和变形分析研究较多，但在多级支护人工边坡的稳定性分析方面，仍然有待进一步完善，因此，高填方边坡永久性多级支护的稳定性研究有着重要的理论与现实意义。
　　本文依托三门峡鸿润城西侧两级边坡工程，采用有限差分软件FLAC3D，建立数值分析模型，模拟分析了永久性边坡在不同支护结构下的稳定性。主要研究内容及结论包括:
　　(1)介绍了工程现场部分已有填方和后续填方的实际施工条件与支护要求，以及有限差分数值模拟分析方法的基本原理，制定了已有填方采用被动加固、后续填方采用主动支护的二级支护方案。
　　(2)一级原状土边坡采用土钉加固、二级后续填方边坡采用扶壁式挡墙支护方案，建立数值分析模型，模拟分析边坡塑性区分布、最大剪应变增量、边坡位移以及边坡整体安全系数随后续分层填方的发展变化规律。结果表明:一级边坡采用5排加固土钉后其受力变形性状稳定，但二级边坡位置竖向沉降变形较大，边坡在整体上沿深层土体形成滑裂面，整体稳定性安全系数Fs小于1.3，不满足《建筑边坡工程技术规范》(GB50330-2013)规定。
　　(3)一级原状土边坡不支护，二级边坡采用多排桩+扶壁式挡墙支护方案，建立多级支护边坡的数值分析模型，模拟分析边坡塑性区分布、最大剪应变增量、边坡位移以及边坡整体安全系数，结果表明:二级边坡采用多排桩+扶壁式挡墙支护方案后其位置受力变形性状稳定，而一级边坡未支护部分在坡脚先出现塑性区，形成滑裂面，整体边坡稳定性安全系数在Fs小于1.3，也不满足《建筑边坡工程技术规范》(GB50330-2013)规定。
　　(4)一级边坡采用土钉加固、二级后续填方边坡采用多排桩+扶壁式挡墙支护方案，建立多级支护边坡的数值分析模型，模拟分析多级边坡在分层施工过程中土钉轴力、桩身轴力、桩身剪力和弯矩以及边坡位移、整体稳定性安全系数的发展变化规律，结果表明:二级边坡分层填筑土体所形成水平荷载部分传至抗滑移多排桩和加固土钉支护构件，使桩产生弯矩和剪力、使土钉产生轴力;填筑土体所形成竖向荷载部分通过多排桩向下传递，使边坡塑性区往土体深处发展，最终绕过土钉与多排桩支护区域形成滑移面。边坡整体稳定性安全系数Fs大于1.3，满足《建筑边坡工程技术规范》(GB50330-2013)规定。证明多级边坡分别采用土钉加固与多排桩+扶壁式挡墙联合支护方案，是合理可行的，各种支护形式都很好地发挥了各自作用，边坡整体处于稳定状态。

目录

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摘要

1 绪论

1．1 选题背景与研究意义

1．2 边坡稳定性分析方法研究现状

1．2．1 极限平衡法

1．2．2 数值分析法

1．3 多级边坡稳定性分析研究现状

1．4 边坡支护结构的研究现状

1．5 本文主要研究内容

1．5．1 主要研究内容

1．5．2 技术路线

2 高填方边坡多级支护的数值分析模型

2．1 引言

2．2 工程概况

2．2．1 工程地质与水文条件

2．2．2 地基土的物理力学性质

2．2．3 边坡稳定性分析

2．3 边坡稳定性分析的强度折减法

2．3．1 强度折减法的基本原理

2．3．2 强度折减法的失稳破坏准则

2．4 基于FLAC3D的数值分析模型

2．4．1 FLAC3D有限差分法求解的基本原理

2．4．2 土体本构模型

2．4．3 基本数值模型及参数选取

2．5 土体初始地应力

2．6 一级边坡无支护的数值分析

2．7 本章小结

3 土钉加固一级边坡的数值分析

3．1 引言

3．2 结构单元及参数

3．2．1 锚索单元

3．2．2 壳单元

3．2．3 单元参数

3．3 土钉加固一级边坡的位移分析

3．4 土钉加固一级边坡的轴力分析

3．5 基坑开挖的数值分析

3．5．1 无支护基坑开挖的数值分析

3．5．2 土钉支护基坑开挖的数值分析

3．6 土钉加固边坡的稳定性分析

3．6．1 塑性区分析

3．6．2 剪应变增量分析

3．6．3 各折减步边坡位移分析

3．7 本章小结

4 多排桩支护二级边坡的数值分析

4．1 引言

4．2 结构单元及参数

4．2．1 桩单元

4．2．2 结构参数

4．3．2 竖向和水平荷载作用下的边坡位移

4．4 多排桩支护填土边坡的稳定性分析

4．4．1 塑性区与剪应变增量分析

4．4．2 各折减步边坡位移

4．5 本章小结

5 土钉与多排桩联合支护边坡的数值模拟

5．1 引言

5．2 土钉与多排桩联合支护边坡时的相互影响

5．2．1 各工况计算模型

5．2．2 联合支护时边坡位移分析

5．2．3 联合支护时土钉轴力分析

5．2．4 联合支护时桩的受力变形

5．3 联合支护时的边坡稳定性分析

5．3．1 塑性区与剪应变增量分析

5．3．2 边坡位移分析

5．4 本章小结

6 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 进一步展望

参考文献

致谢

个人简历