基于荷载转移系数的全埋式抗滑桩设计方法研究

来源 :重庆大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:arx2007
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全埋式抗滑桩具有较好的抗滑能力且施工操作便捷,被广泛地应用于滑坡治理工程中。但由于工程人员对边坡稳定性分析的理解存在差异,对桩土共同作用的认识程度也有限,在一定程度上无法科学合理地考虑桩前土体对抗滑桩的抗力作用,现今的抗滑桩设计仍旧基于一些保守的计算假定和工程经验,设计出的抗滑桩具有较多的抗滑能力富余,造成不必要的浪费。为优化和完善抗滑桩设计理论,本文采用理论分析和工程实例验算相结合地方式,深入研究了边坡稳定性分析方法、桩前土体抗力的计算以及基于土拱效应的桩间距计算,充分考虑了桩土共同作用对抗滑桩设计的影响,提出了一套基于荷载转移系数的全埋式抗滑桩设计方法。本文的主要工作和结论有:(1)基于对现行规范推荐的边坡稳定性分析方法——传递系数法,进一步提出条分合力法。根据物理学原理分析,指出滑坡体真实的潜在滑动方向为与滑体所受总支持力矢相垂直的方向,并进一步证明这个方向不一定总是沿极限抗剪力矢的反方向。通过理论分析得出,只有均质边坡的总极限摩阻力矢沿整体滑动方向的相反方向。根据条分合力法重新定义边坡稳定系数的计算表达式,提出设计安全系数下边坡剩余下滑力的计算公式。(2)总结了适用全埋式抗滑桩的滑坡体特征,提出全埋式抗滑桩应该布置在推移式滑坡的阻滑段。通过分析工程常用的抗滑桩设计荷载计算方法存在的问题,提出基于条分合力法及传递系数法隐式解来计算桩后土体剩余下滑力和桩前土体剩余抗滑力的方法,重新确定了抗滑桩的设计荷载。指出全埋式抗滑桩位置设置的条件,认为在最佳埋入位置处,抗滑桩传递给桩前土体的设计下滑力达到最大,即桩前土体能给抗滑桩提供的设计抗力最大。对同一个边坡来说,设计安全系数不同,抗滑桩的最佳埋入位置也会不同。(3)基于土拱效应,提出计算圆形截面抗滑桩合理桩间距的两种改进方法,编制相应的Matlab计算程序进行求解。通过算例,对比验证了所提方法的准确性,对桩间距的两种改进计算方法进行参数分析,讨论桩周岩土体黏聚力、内摩擦角、桩径和桩后推力荷载对桩间净距的影响,结果表明:随着内摩擦角的增大,净距呈指数增大,当荷载较小时增幅较大;黏聚力与桩间净距呈线性关系,随着黏聚力增大,净距也随之增加,荷载较小时,黏聚力对桩间距的影响十分明显;桩间净距随桩径的增大呈线性增加趋势,荷载越大,增大桩径后桩间距的增幅越小。(4)提出抗滑桩荷载转移系数的概念,用以衡量抗滑桩将桩后推力荷载转移至桩前土体的能力。荷载转移系数越大,说明桩转移到桩前土体的下滑力越大。在荷载转移系数最大的地方布置抗滑桩,可以充分发挥桩前土体自身的抗滑能力,使抗滑桩达到最佳的支护效果和经济性。提出基于荷载转移系数的抗滑桩设计方法,采用地基系数法计算抗滑桩的内力及变形,从而求得桩前土体提供给抗滑桩的实际弹性抗力以及抗滑桩的实际荷载转移系数,通过对计算实例的参数分析得到:当滑面深度已经确定,在截面形状和尺寸相同的情况下,嵌固深度越小的桩,实际荷载转移系数越大;对于嵌固深度和桩长相同的桩,横截面尺寸越小的桩,实际荷载转移系数越大。(5)以重庆市某滑坡削方变形区的治理工程为例,运用条分合力法分析边坡稳定性,并利用GEO5岩土设计与分析软件进行建模设计计算,详细阐述了基于荷载转移系数的全埋式抗滑桩设计过程。
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