悬臂式单排抗滑桩土拱效应的理论与试验研究

摘要

滑坡是一种破坏性极大的地质灾害，既威胁人民的生命、财产安全，也会对滑坡周围的工程建设造成不利影响。悬臂式抗滑桩是常用的加固边坡的抗滑支护结构，而土拱效应广泛地存在于桩土相互作用中，是抗滑桩抗滑机理的重要组成部分。本文依托国家自然科学基金“双排抗滑桩与桩排间岩土体相互作用机理研究”(NO.41102171)项目，采用理论分析、模型试验和数值模拟相结合的方法，研究了悬臂式单排抗滑桩桩后土拱效应的微观机理，分析了土拱效应的形成、发展和破坏规律，主要工作和结论为:
　　(1)分析了土体的位移变化规律和土拱的形成机理，指出由于抗滑桩的阻挡作用，土体会出现不均匀位移，土拱效应逐渐形成;越靠近桩身，土体的不均匀位移差越大，但是出现不均匀位移的土体范围越小。
　　(2)根据桩后土中应力的分布特点，定义了土拱拱圈的特征点和特征范围;依据桩后土体中的荷载分布规律和合理拱轴线理论，得到土拱拱轴线的二次和四次抛物线型曲线方程;建立多种工况分析了土拱的发展规律及其影响因素，发现土拱核心区域在荷载作用下有一定程度的后移趋势，桩间距、内摩擦角和粘聚力等因素对土拱后移趋势的影响不尽相同。
　　(3)依据模型试验和有限元模拟，指出滑坡推力增大会导致土拱内的轴力和拱脚的支座反力增大，土拱在拱脚部位出现塑性变形，并且在靠近桩的地方土体会出现绕流现象，当塑性变形到达一定程度，在拱脚处出现塑性剪压破坏;土拱拱圈破坏时是由前而后破坏，近似于分层破坏。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 选题背景与研究意义

1．1．1 选题背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究现状

1．3 存在的问题和不足

1．4 本文主要研究方法和内容

2 土拱效应的发育规律及常用分析方法

2．1 引言

2．2 土拱效应的发育规律

2．2．1 土拱的形成及发展

2．2．2 土拱的破坏

2．3 土拱效应研究中常用的数值模拟分析方法

2．3．1 有限单元法

2．3．2 有限差分法

2．3．3 离散单元法

2．3．4 本文采用的数值模拟方法

2．4 土拱效应研究中常用的模型试验方法

2．4．1 框架式模型试验

2．4．2 土工离心模型试验

2．4．3 本文采用的模型试验方法

2．5 本章小结

3 悬臂式单排抗滑桩桩后土拱效应的理论及数值分析

3．1 引言

3．2 悬臂式单排抗滑桩模型的设计及计算

3．3 土拱效应的形成和发展规律分析

3．3．1 桩后土拱效应的形成

3．3．2 桩后土拱效应的发展规律

3．4 桩后土拱拱轴线的形状分析

3．5 桩后土拱效应的影响因素分析

3．5．1 桩间距对桩后土拱效应的影响

3．5．2 内摩擦角对桩后土拱效应的影响

3．5．3 粘聚力对桩后土拱效应的影响

3．6 本章小结

4 悬臂式单排抗滑桩桩后土拱效应的模型试验

4．1 试验目的

4．2 相似比设计原理

4．3 五色土模型试验及监测结果分析

4．3．1 五色土模型试验介绍

4．3．2 桩后土体位移的发展规律

4．4 原色土模型试验及监测结果分析

4．4．1 原色土模型试验介绍

4．4．2 桩后土拱拱圈的破坏规律

4．5．3 桩后土拱拱圈的破坏机理分析

4．5 三维缩尺寸模型试验及监测结果分析

4．5．1 模型箱设计及填料选择

4．5．2 监测仪器及试验步骤

4．5．3 监测结果整理及分析

4．6 本章小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 不足及展望

参考文献

攻读学位期间主要的研究成果目录

致谢