抗滑桩是治理边坡失稳的最常用的手段,微型钢管抗滑桩作为抗滑桩的一种新型形式,具有施工机具小,桩位布置灵活,施工速度快,振动小,对施工场地的适应性强,对环境影响小等诸多优点,从而越来越受到工程界的青睐。地震常常造成微型钢管抗滑桩结构失稳,引发巨额经济损失,研究微型钢管抗滑桩的抗震性能从而为该结构的设计和施工提供指导具有重要的现实意义。本文考虑抗滑桩(群)与边坡土体的共同作用,即将结构考虑为桩(群)-土复合结构。首先对该复合结构考虑土拱效应进行理论分析,计算微型钢管桩的合理桩间距以及对组合结构内力进行计算;然后依据相似理论,选择相似材料,设计相似模型,对模型进行低周往复加载,研究桩-土复合结构中桩、土两种材料的响应、桩-土复合结构体的强度、破坏形态以及动力特性等性质。主要探索的理论成果、科研试验成果如下:(1)考虑土拱效应进行合理桩间距计算。假设滑坡推力均匀作用在桩间土拱上,合理拱轴线为抛物线,拱圈任一截面上只有压力而没有弯矩和拉力,选取土拱计算模型,给出合理拱轴线方程、拱高,推导出合理桩间距的计算公式。(2)进行组合结构内力计算。借鉴悬臂桩法进行计算,取三根微型桩组成的框架式组合结构为例,按平面问题分析,进行组合桩内力计算。计算的基本思路是,为了安全,按最不利情况,先不考虑桩间土体的作用,按结构力学位移法进行分解,仅仅计算滑坡推力作用下各桩和承台的弯矩,由承台弯矩求出桩身轴力。(3)自主研发了直剪式抗滑桩结构模型试验的低周往复型试验设备。借鉴Thompson的研究思路,研制了一种直剪式抗滑结构模型试验设备,设备主要由剪切系统和加载系统两大部分组成,包括上剪切盒、下剪切盒、反力墙和加载装置四个主要部分。(4)试验探究桩后所受土体压力分布情况。主动土压力大致呈三角形分布,滑体滑动,桩体发生倾斜,整个模型桩呈现以滑带处为定点的小角度转动,沿桩身越往上土压力盒随桩身协同运动越多,导致土体与桩之间的挤压变小;滑带处,桩嵌固在基岩中,不能够随土体向前滑动,土压力盒贴在桩身上保持固定,这样受到桩后土体深度挤压,导致土压力盒量测到的土压力激增,桩头承台板处土压力为零,滑带处土压力值较大,从桩头到滑带处,土压力越来越大,而且这种变大的速度越来越快。(5)试验探究桩前所受土体抗力分布情况。桩前土压力为被动土压力,该土压力形状大概呈梯形分布。桩身向前倾斜,桩前土体受到桩身挤压,桩头部分受挤压较多,滑带处受到挤压较少,大体呈一个桩头土压力为零倒三角形分布;而土体自重压力几乎是一个正置三角形分布,这样叠加起来就是梯形分布。(6)桩身弯矩呈圆弧形分布。由于桩前、桩后土体的作用,整个桩身的弯矩随着荷载的变化,呈现出动态变化。反弯点有时会上下浮动,有时则固定在同一点,桩身总能找到一个弯矩几乎时刻保持不变的点。(7)从桩头往滑带处的轴力越来越大,随着作动器位移的加大,这种增大的趋势越来越明显。随着滑体滑动,桩身受到土体作用发生的倾斜的趋势越来越明显,桩后土压力沿桩身有一个分量,这个分量靠近滑带处比桩头处大,就是导致桩头的轴力比滑带处轴力小的原因。(8)桩头承台板位移量较大。从宏观的桩-土复合结构整体来看,承台板悬挑在桩头上,滑体运动时,受到滑体作用较大,整个复合结构体如同悬臂梁一样,桩头位移较大。(9)承台板的存在对桩身弯矩重分配起到重要作用。承台板将桩头锁在一起,成为一个刚性固结体。被锁住的桩体不再是悬挑结构,弯矩分布较悬挑结构均匀,桩身较为安全。(10)复合结构体的破坏形式。承台板附近土体有大量明显裂缝、鼓包现象,粉碎性破坏现象明显;滑带处土体受到剪切破坏,一部分滑带土裸露出来,滑带处滑体呈现出粉碎性破坏;桩与桩之间的土体形成凹腔形状的临空面,这一现象直接证明了土拱效应的存在。(11)复合结构体滞回环较为饱满,刚度退化程度小,承载力稍高,桩-土结构塑性变形性能优良,耗能特性较好。