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抗滑桩作为一种支挡抗滑结构物已经广泛应用于滑坡和边坡的稳定性治理工程中。但是,抗滑桩加固边坡的工作机理、桩土相互作用规律仍没有得到彻底解决,抗滑桩设计理论与计算方法目前还处于不成熟阶段。本文基于强度折减有限元法能够模拟岩土体与各种支挡结构的共同作用等主要特点,探讨抗滑桩与岩土体的相互作用机理,从二维和三维的角度,分析了抗滑桩的布桩位置、桩间距、锚固深度、桩顶冠梁连接方式及边坡材料参数变化对抗滑桩加固边坡稳定性的影响,分析了单排桩和多排桩的内力分布和滑坡推力在抗滑桩上的分配,进而定量地评价抗滑桩对边坡的抗滑效果,为实际工程抗滑桩的设计和施工提供有力的理论支持。主要做了以下几个方面的工作:
⑴由于自然界的滑坡现象具有显著的三维效应,其中有些部分滑动面形态复杂,用二维分析求出的安全系数不能够反映滑坡的真实稳定状态,因此从假三维角度来模拟平面应变这种状况,通过对只有重力作用下均质土坡加固稳定性的算例,运用强度折减有限元法进行边坡稳定性安全系数计算的精度研究,进而揭示抗滑桩与岩土体的相互作用机理的规律。
⑵从土拱现象着手,系统地研究了单排桩和多排桩土拱效应的形成和发展过程,桩间距对土拱效应的影响。通过数值分析发现,桩间距与抗滑桩的宽度的比值大于8时,随着桩间距的增大,土拱效应开始失效或者破坏。进一步解释桩土相互作用的规律。
⑶通过Mohr-Coulomb,Matsuoka-Nakai,Lade-Duncan屈服准则之间的等面积转换,采用强度折减有限元法可以得出不同屈服准则下的边坡安全系数。这些不同的等效面积DP屈服准则都近似地模拟了土体的破坏强度,由DP2、DP3、DP4所得的边坡稳定性安全系数与传统极限平衡法较为接近,而基于Matsuoka-Nakai等效面积圆:DPMN模型和基于Lade-Duncan等效面积圆DPLD模型的计算比较真实,更好地发挥材料的承载潜力,是评价二维与三维边坡稳定较理想的弹塑性模型。
⑷在边坡稳定性分析有限元强度折减法的基础上,将桩土接触问题考虑进去,通过对比计算与分析系统地考察了桩的位置、桩间距、桩埋深、桩顶连接方式及边坡材料参数变化对抗滑桩加固边坡稳定性的影响,并对桩间土拱效应进行了探讨,同时通过对比传统方法,为抗滑桩加固边坡的优化设计提供参考依据。
⑸通过对桩顶加冠梁的多排桩进行研究,分析桩顶冠梁不同的连接方式对抗滑桩土拱效应、侧向位移和弯矩等内力分布的影响,对比不同的连接方式对边坡稳定性的影响,所以建议在工程实际中采用梅花布桩和桩顶前后排相连方式可以更好地发挥抗滑效果。结合工程实例,对多排抗滑桩设计在工程中的效果进行评价。