樁土相互作用機(jī)理及抗滑加固技術(shù).pdf

1、我國中、西部地區(qū)地質(zhì)環(huán)境脆弱，一些大規(guī)?；A(chǔ)設(shè)施建設(shè)對地質(zhì)環(huán)境的影響很大，滑坡、泥石流、崩塌等斜坡重力災(zāi)害仍將保持增長趨勢。邊滑坡在重力作用下的破壞過程是巖土體發(fā)揮自穩(wěn)能力與重力作用相抗衡的自組織過程，在外部因素?cái)_動下，巖土體變形的過程即應(yīng)力調(diào)整的自組織過程，其最終結(jié)果將使邊滑坡系統(tǒng)達(dá)到另一個平衡狀態(tài)，而這個平衡狀態(tài)可能有兩種表現(xiàn)形式：一是在工程意義上邊滑坡達(dá)到最終穩(wěn)定：二是工程意義上邊滑坡失穩(wěn)破壞。而采取有效的抗滑加固措施的目的即在于

2、如何使這一自組織過程向有利于前一種平衡狀態(tài)演化。根據(jù)自組織理論，當(dāng)受到外界微小擾動時，系統(tǒng)表現(xiàn)為自組織行為；當(dāng)受到外界強(qiáng)擾動時，自組織行為會屈服于外界的強(qiáng)擾動，即外界擾動成為系統(tǒng)行為的主導(dǎo)因素。對于邊滑坡而言，在受到外界強(qiáng)擾動的情況下，如在地震工況下，邊滑坡體即可能產(chǎn)生突然失穩(wěn)。針對以上兩種典型的邊滑坡破壞過程，在進(jìn)行抗滑加固設(shè)計(jì)時，應(yīng)采用不同的設(shè)計(jì)理念。對于正常工況下的抗滑加固設(shè)計(jì)，應(yīng)充分利用巖土體的自穩(wěn)能力，抗滑加固措施著重于如何使

3、巖土體自組織過程的演化朝有利于坡體穩(wěn)定的方向發(fā)展。對于地震工況下的抗滑加固設(shè)計(jì)，則應(yīng)加強(qiáng)整個邊滑坡的抗震性能，減少和外界擾動的“耦合”放大作用，如改變坡體的動力特性，使其自振頻率遠(yuǎn)離地震的卓越頻率。 抗滑樁作為治理斜坡重力災(zāi)害的一種較為常見和有效的措施，目前在設(shè)計(jì)上仍缺乏理論指導(dǎo)，尤其是在合理樁間距的確定方面，主要依靠工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。而常見的一些抗滑加固措施在地震條件下的抗滑加固機(jī)理的研究幾乎是空白。本文在土工離心模型實(shí)驗(yàn)及振

4、動臺模型實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合數(shù)值模擬計(jì)算，研究了樁土相互作用機(jī)理及地震條件下的抗滑加固技術(shù)。主要工作及研究結(jié)論如下： (1)采用土工離心模型實(shí)驗(yàn)，結(jié)合數(shù)值模擬計(jì)算，再現(xiàn)了樁間土拱效應(yīng)現(xiàn)象，在實(shí)驗(yàn)條件下得到臨界樁凈間距為樁徑的5～6.25倍。離心模型實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬結(jié)果表明土拱的形狀大致相同，拱矢高度基本上隨樁間距的增大而增大，矢跨比約為0.4～0.6?？够瑯兜氖芰爸鲬?yīng)力場分布表明拱腳區(qū)域?yàn)榭刂平孛妫澳_推力主要通過樁后受擠壓土體傳

5、遞給抗滑樁，樁側(cè)面和土體的相互摩擦力所提供的拱腳反力僅約為前者的10％。通過敏感性分析，對于臨界樁凈間距而言，各影響因素的敏感性大小排序?yàn)椋夯w剩余下滑力、土體內(nèi)摩擦角、土體粘聚力、樁寬度。根據(jù)樁間土拱效應(yīng)機(jī)理的研究結(jié)論，通過多元回歸分析，建立了臨界樁凈間距計(jì)算模型，可據(jù)此判斷樁間土拱的形成條件并進(jìn)行樁間距優(yōu)化設(shè)計(jì)。 (2)基于擬靜力法理論，采用離心模型實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬計(jì)算研究了地震力作用下斜坡堆積體破壞模式和抗滑樁及錨桿框架護(hù)坡

6、的加固效果。研究表明抗滑樁能夠抵擋坡體沿基巖面的滑動，但仍有可能發(fā)生中上部坡體淺層坍滑從樁頂剪出。而錨桿框架護(hù)坡能夠改善坡體內(nèi)部的應(yīng)力應(yīng)變分布，有效地防止地震力作用下在坡體中可能形成的剪切帶，控制坡體在地震力作用下的水平位移，防治坡體從樁頂剪出，同時能夠較大幅度地減少抗滑樁受力。分析了高烈度地區(qū)斜坡堆積體破壞機(jī)理，提出設(shè)樁后發(fā)生越頂坍塌破壞模式的判定條件，可據(jù)此進(jìn)行防治方案設(shè)計(jì)。在高烈度地區(qū)對于斜坡堆積體的工程設(shè)計(jì)應(yīng)強(qiáng)調(diào)“固腳強(qiáng)腰”的防

7、治原則，在增加了錨桿框架護(hù)坡工程后，可以適當(dāng)?shù)販p少抗滑樁的工程數(shù)量，以實(shí)現(xiàn)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。 (3)通過不加錨桿和錨桿加固的邊坡振動臺模型對比實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)地震作用下，錨桿加固模型的加速度放大系數(shù)明顯小于不加錨桿模型，說明錨桿加固邊坡具有較好的抗震效果，尤其在中震和大震情況下更為顯著。頻譜分析結(jié)果表明，施加地震荷載前，錨桿加固邊坡的自振頻率比未加錨桿邊坡的自振頻率提高約20％，且歷經(jīng)中震、大震后，其自振頻率無明顯降低。而未加錨桿