基于土拱效应的双排抗滑桩内力与位移计算方法及试验研究

摘要

双排抗滑桩结构是近几十年才发展起来的一种新型支挡结构，由于其具有桩顶位移小、抗侧移刚度大、结构受力合理等突出优点，因此在滑坡地质灾害防治、边坡加固工程中得到了广泛应用，但目前有关桩侧土拱推力、桩间土压力及内力与位移计算方法等还不成熟，仍需对其受力机理作进一步研究。为此，本文从理论与试验上进行了较系统的深入研究，拟提出一种新的双排抗滑桩的内力及位移计算方法。
　　本文首先分析讨论了桩间土拱效应的形成机理与内力分析，全面总结了土拱效应的基本概念、成因机理、分类、合理拱轴线、受力分析以及破坏形式；在此基础上，利用土拱拱轴线的几何特征与拱脚处的力学平衡及应力状态，导出了作用于双排抗滑桩桩侧的土拱推力分布模式。
　　其次针对双排抗滑桩结构的受力变形特点，对其受力进行了合理简化，建立了双排抗滑桩与桩周土体相互作用的新模型：后排桩承受推力以滑动面为界简化为主动土压力与土拱推力，前排桩所承受的桩侧土抗力采用弹性地基反力“m”法计算，桩间土压力则由薄层单元法求得。而后针对不同特征桩段的受荷特点，再结合边界条件导出不同特征桩段的挠曲微分方程，基于有限差分法进行了求解，并编制了相关Matlab计算程序，由此提出了一种双排抗滑桩内力位移计算的新方法。
　　针对双排抗滑桩模型试验资料匮乏的现状，设计完成了小比例边坡双排抗滑桩室内模型试验，通过量测不同推力荷载下桩周土压力和桩身应变的分布情况，进一步分析探讨了不同推力荷载条件下双排抗滑桩结构的承载机理和内力位移特性，并基于试验结果验证了本文理论分析方法的可靠性。最后，采用单因素法探讨了桩径(桩体刚度)、桩顶连梁刚度、桩间距、排距、桩周土体参数对双排抗滑桩内力及位移的影响，得出了双排抗滑桩结构的多因素敏感度分析结果，为双排抗滑桩的工程设计优化提供参考。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 双排抗滑桩的基本概念与特点

1.3 桩间土拱效应的发展与研究现状

1.3.1 理论研究

1.3.2 试验研究

1.3.3 数值模拟研究

1.4 双排桩内力位移计算方法的发展与研究现状

1.5 双排桩模型试验的发展与研究现状

1.6 本文的主要研究内容与技术路线

第2章 双排抗滑桩承载机理与土拱效应分析

2.1 概述

2.2 土拱效应的形成机理与内力分析

2.2.1 土拱效应概念

2.2.2 土拱效应成因机理

2.2.3 土拱的分类

2.2.4 拱形的确定

2.2.5 土拱受力分析

2.2.6 土拱的破坏形式

2.3 双排抗滑桩的承载机理分析

2.3.1 基于经典土压力的土体积比例系数法

2.3.2 基于Winkler假定的桩土相互作用法

2.3.3 基于土拱效应的计算方法

2.4 小结

第3章 双排抗滑桩内力与位移计算方法研究

3.1 概述

3.2 桩土相互作用模型研究

3.2.1 桩侧坡体土压力分析

3.2.2 桩周土抗力分析

3.2.3 桩间土压力分析

3.3 特征桩段控制微分方程的建立

3.4 双排桩结构内力计算的有限差分解

3.5 小结

第4章 双排抗滑桩室内模型试验研究

4.1 引言

4.2 材料选择与参数量测

4.2.1 桩身材料与特性

4.2.2 边坡土体材料

4.3 试验装置设计

4.3.1 模型箱的设计

4.3.2 加载装置设计

4.3.3 参数量测装置设计

4.4 试验内容与步骤

4.4.1 试验内容

4.4.2 试验的具体步骤

4.5 室内模型试验成果分析

4.5.1 试验破坏现象分析

4.5.2 位移分布规律分析

4.5.3 内力分布规律分析

4.5.4 计算值与实测值的对比分析

4.6 小结

第5章 双排抗滑桩内力与位移影响因素分析

5.1 概述

5.2 双排桩与单排桩对比分析

5.3 桩径(桩体刚度)的影响分析

5.3.1 改变前排桩刚度

5.3.2 改变后排桩刚度

5.3.3 同时改变前后排桩的刚度

5.4 排距的影响分析

5.5 桩间距的影响分析

5.6 桩项连梁刚度影响分析

5.6.1 桩项连接方式

5.6.2 不同刚度

5.7 桩周土体参数的影响分析

5.8 小结

结语

参考文献

致谢

附录A(攻读学位期间论文、著作及科研情况)