沉桩作用下边坡三维稳定性极限分析及沉桩后桩体抗滑机理研究

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现阶段,静压桩被广泛应用于边坡工程实践当中,在城市建设、路基处理、桥梁工程、港口工程等领域中,经常出现边坡沉桩施工的情况,沉桩过程对边坡稳定性的影响也成为了研究热点。已有研究发现,在一定沉桩状态下,桩体由于自身的抗滑作用可以对边坡稳定性产生积极影响,此时问题的实质变为边坡在抗滑桩加固作用影响下的稳定性问题。因此关于静压桩沉桩条件下和抗滑桩加固条件下边坡稳定性分析已成为当前亟需深入和系统研究的课题,其计算方法和理论成果仍有很大进步空间。本文通过构建边坡破坏机构,应用极限分析上限法研究边坡在桩影响下的稳定性问题,并进行了相关的参数分析,主要工作和结论如下:(1)分别构建二维和三维破坏模型,研究沉桩过程中边坡动态稳定性的变化规律及其机理,对相关参数的影响进行了分析。沉桩过程中,桩体穿过破坏面之前,边坡稳定性逐渐降低,桩体穿过破坏面时,稳定性发生突增,之后趋于稳定。桩径、坡角、沉桩位置等参数对于边坡动态稳定性的变化规律有较大影响。(2)通过引入新的几何参数拓展了三维边坡破坏机构的类型,使极限分析上限解得到了进一步优化,并在此基础上研究了抗滑桩加固边坡的稳定性问题。其中重点分析和考察了不同参数条件下破坏机构的类型和几何形状,结果表明拓展破坏机构类型对寻找更危险破坏面是有意义的。对于抗滑桩加固边坡,其稳定性随抗滑桩位置由坡趾向坡顶移动而先增加后降低,存在使边坡稳定性达到最高的最优抗滑桩位置;边坡稳定性基本随桩距和机构限宽的增加而降低。随着抗滑桩位置靠近坡顶,破坏面逐渐靠近坡面且曲率变大;破坏机构随桩距和机构限宽的增加而变厚。(3)结合土体的非均匀性和各向异性分析了抗滑桩加固边坡的稳定性情况。土体的非均匀性和各项异性对最优抗滑桩位置几乎没有影响。边坡稳定性随非均匀性系数的增大而提高,随各向异性系数的增大而降低。边坡土体的内摩擦角越小,安全系数受非均匀性系数的影响越小而受各向异性系数的影响越大,同时最优抗滑桩位置越靠近坡顶,边坡稳定性对抗滑桩位置的敏感度也越低。(4)考察了邻近边坡水位下降对于抗滑桩加固边坡稳定性的影响,也分析了水位下降过程中边坡稳定性的变化情况。邻近边坡水体对边坡具有加固作用,其水位下降会对边坡稳定性产生消极影响;而边坡内水体对边坡稳定性有负面作用,其水位下降会对边坡稳定性产生积极影响。慢速排水比快速排水更有利于维持边坡的稳定性。边坡外水位下降过程中,最优抗滑桩位置逐渐远离坡顶,且边坡稳定性对抗滑桩位置的敏感度也逐渐降低;外部排水完成后边坡内水位下降的过程中,最优抗滑桩位置基本保持不变。
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