论文部分内容阅读
边坡抗滑桩桩间土拱效应的存在已得到广泛认可,并在桩间距的确定中得到了应用。但由于土拱形状及土拱效应对抗滑桩组合措施(桩间墙、桩板墙、桩间土钉墙等)受力影响程度尚不清晰,现阶段抗滑桩组合措施设计实践中对土拱效应考虑较少,限制了土拱理论在实际工程中的应用。本文采用我国地表广泛分布的花岗岩残积土和红层砂泥岩残积土,进行系统的边坡抗滑桩水平土拱性状试验研究,探索桩间水平土拱拱形、拱高及其影响因素,提出面向工程应用并能考虑土体性质影响的水平土拱拱轴线方程和拱高计算方法;进行考虑水平土拱效应的桩墙组合措施受力机理的理论分析和数值模拟研究,提出组合措施中抗滑桩及桩间结构受力计算方法及优化设计思路;通过数值模拟和力学分析,进行桩间土拱形状,包括土拱类型和土拱高度,沿桩长方向的变化规律及其影响因素研究,提出桩长不同位置处的土拱类型及土拱高度,并分析桩身截面尺寸的影响。取得以下主要研究成果:(1)以勃郎特-维西克(Prandtl-Vesic)被动区理论为基础,提出边坡抗滑桩桩后土拱拱轴线可简化为等腰三角形。拱轴线方程主要受控于土体内摩擦角,土拱高度受控于土体内摩擦角和桩间距,土体内聚力和桩截面尺寸对土拱效应,如土拱起拱和拱体破坏条件有明显影响。(2)边坡抗滑桩桩间水平土拱性状沿桩长方向变化明显,且与桩后荷载(剩余下滑力或土压力)大小有关。水平土拱效应仅存在于桩顶以下、滑面以上范围内,随着离桩顶距离的增大,拱高逐渐减小。随着桩后荷载的逐渐增大,土体应力首先集中于桩背,形成端承拱,端承拱破坏后,土体应力将集中于桩侧,形成摩擦拱。(3)抗滑桩截面尺寸对抗滑桩水平土拱效应有显著影响,原因在于抗滑桩桩截面尺寸会导致作用于桩背和桩侧应力不同。桩宽较大时,桩间端承拱高度较大;桩高较大时,桩间摩擦拱高度较大。且随着沿桩长深度的增加,截面尺寸较小的桩,桩间水平土拱更易于由端承拱渐变成摩擦拱。(4)水平土拱效应对抗滑桩组合措施受力有显著影响,基于此,建立了考虑水平土拱效应时的桩及桩间结构物受力计算方法。桩间墙组合措施中,桩承受拱后土体产生的剩余下滑力,挡土墙承受拱前土体产生的土压力及剩余下滑力中的大者;桩间土钉墙组合措施中,桩的受力为拱后土体产生的剩余下滑力和土钉墙受力之和,土钉墙承受拱前土体产生的土压力及剩余下滑力中的大者,土钉自由段和锚固段的分界线为水平土拱迹线。