松散斜坡體錨、樁加固作用機(jī)理與工程應(yīng)用研究.pdf

1、隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，工程建設(shè)規(guī)模越來越大、速度越來越快，出現(xiàn)了日漸增多的斜坡體變形及失穩(wěn)破壞問題。對松散斜坡體的加固和變形控制措施是此類地質(zhì)災(zāi)害防治工程的研究重點(diǎn)，歷來為學(xué)術(shù)界、工程界所關(guān)注，緣其涉及較多巖土工程基本問題，以及巖土工程與地質(zhì)工程的大量廣泛結(jié)合。其中，預(yù)應(yīng)力錨索、預(yù)應(yīng)力錨索樁等新型結(jié)構(gòu)是加固松散斜坡體實(shí)用、有效的工程措施，在斜坡體整治工程中得到了廣泛的應(yīng)用，然而其理論研究仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于工程應(yīng)用。錨、樁加固作用機(jī)理和計(jì)算理

2、論的研究，具有較重大的理論和工程意義。 本文根據(jù)大型松散體滑坡治理中的代表性工程措施類型，以理論推導(dǎo)、數(shù)值計(jì)算和實(shí)例分析等手段，探索了預(yù)應(yīng)力錨索錨固段與巖土體的相互作用與傳力機(jī)理、外錨結(jié)構(gòu)與松散巖土的相互作用與傳力特征、錨索樁與巖土體相互作用機(jī)理與計(jì)算理論、松散巖土體支擋結(jié)構(gòu)的主動(dòng)土壓力分布模式、松散巖土樁間土拱效應(yīng)及樁間距計(jì)算等錨、樁工程的理論問題。 本文的主要研究內(nèi)容和成果如下： 1．針對預(yù)應(yīng)力錨固結(jié)構(gòu)的內(nèi)錨

3、固段設(shè)計(jì)理論落后于工程實(shí)踐的現(xiàn)狀，對錨固體與巖土體的側(cè)阻相互作用力學(xué)機(jī)理及相應(yīng)側(cè)阻力分布規(guī)律計(jì)算進(jìn)行研究。分析了錨固段孔壁側(cè)阻界面全程嚴(yán)格粘結(jié)假設(shè)的局限性，通過引入側(cè)阻界面力學(xué)作用的滑移一軟化關(guān)系模型，分別以荷載傳遞法理論分析和基于Mindlin位移解的一維非線性半數(shù)值分析，對錨固體側(cè)阻力的單峰分布規(guī)律曲線進(jìn)行了研究。同時(shí)，指出了以Mindlin位移解推求錨固段側(cè)阻力分布方法中存在的奇異性問題，從嚴(yán)格數(shù)理力學(xué)角度探討了目前側(cè)阻力分布理論

4、推導(dǎo)所具有的近似性，即奇異性的處理將影響計(jì)算結(jié)果的精準(zhǔn)性。 2．采用FLAC-3D數(shù)值分析簡化模型，探索了松散斜坡體坡表上布置錨墩墩排及錨墩一地梁組合結(jié)構(gòu)與巖土體的相互作用力學(xué)機(jī)理、錨固傳力特性的特點(diǎn)和差異：墩間距較小情況下，錨墩墩排的墩間土體最大主應(yīng)力發(fā)生倒拱形偏轉(zhuǎn)(“土拱效應(yīng)”)，對墩間土體反力具有一定遮攔作用，而錨墩-地梁組合結(jié)構(gòu)對墩下壓應(yīng)力擴(kuò)散及張拉沉陷的改善程度不大，土拱效應(yīng)不能出現(xiàn)，地梁承受墩間土體反力。墩間距較大時(shí)

5、，墩間土體最大主應(yīng)力等值線偏轉(zhuǎn)呈馬鞍形，成拱作用差，設(shè)置地梁效果較好。此外，對錨墩結(jié)構(gòu)與松散巖土體相互作用體現(xiàn)的另一問題，即因施工工期緊迫而采用的錨索鋼絞線逐根張拉工序問題進(jìn)行了研究，建立了分次張拉同時(shí)的錨墩沉陷所致錨索預(yù)應(yīng)力損失和鋼絞線預(yù)應(yīng)力不均的估算模型。 3．針對松散體滑坡常用的錨索樁工程計(jì)算，引入嵌入段樁周巖土抗力的雙參數(shù)力學(xué)模型，并考慮結(jié)合“虛點(diǎn)法”進(jìn)行改進(jìn)以適合更廣泛的滑動(dòng)面處地基系數(shù)不為0情形。提出了錨索樁在錨索張

6、拉后的主動(dòng)支護(hù)作用及樁身初始內(nèi)力計(jì)算方法，及正常工作狀態(tài)的錨索樁計(jì)算統(tǒng)一模型和方法。進(jìn)一步，考慮能反映嵌入段樁周土實(shí)際存在的彈-塑性(或非線性彈性)非線性力學(xué)特性的p-y曲線，提出了嵌入段非線性p-y曲線模式下的錨索樁計(jì)算模型。 4．探討了錨索樁嵌入段剛/彈性樁計(jì)算模型的力學(xué)統(tǒng)一性，推導(dǎo)了針對錨索樁嵌入段剛/彈性樁的新劃分依據(jù)，提出樁上錨索存在最佳傾角以及樁身彎矩平衡設(shè)計(jì)理論具有條件性限制的基本概念，以清晰錨索樁設(shè)計(jì)計(jì)算中的上述

7、重要力學(xué)概念。 5．支擋結(jié)構(gòu)土壓力受填土性質(zhì)、結(jié)構(gòu)類型、墻體位移、破裂面形態(tài)、施工順序等不易精確掌握的因素的復(fù)雜影響，很難正確計(jì)算。依據(jù)松散巖土體多種剛性半剛性支擋結(jié)構(gòu)的主動(dòng)土壓力分布實(shí)測資料(南昆鐵路路基工程試驗(yàn))，歸納了松散或軟弱巖土體剛性半剛性支擋結(jié)構(gòu)的主動(dòng)土壓力拋物線分布規(guī)律，并提出了方便計(jì)算的土壓力簡化圖式。 6．針對松散斜坡體常為帶一定粘性的巖土體情形，基于抗滑樁樁間巖土的“土拱效應(yīng)”，利用合理拱軸線與受壓極