基于有限元强度折减法的抗滑桩—边坡体系稳定性研究

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边坡稳定性评价和滑坡治理工程问题具有悠久的研究历史,但是由于其复杂性,边坡相关问题目前仍是学术人员和工程人员的热点话题。抗滑桩是目前最常用的边坡加固措施之一,但是有关抗滑桩的理论和计算方法却不够成熟,仍有部分问题没形成统一而明确的认识。为探究抗滑桩对边坡稳定性和破坏模式的影响以及抗滑桩自身的位移和内力反应,深入揭示抗滑桩-岩土体-边坡之间的相互作用关系,为理论研究和工程实践提供可信的参考,本文采用经典数值算例和实际工程案例,以有限元强度折减法为手段,开展了如下研究工作:采用多个算例,讨论简单均质边坡中无量纲参数λ=c/(γHtanφ)与边坡的安全系数和临界滑动面之间的关系,利用这个重要的规律,建立了基于强度折减有限元法的简单均质边坡强度参数反演分析方法。对某工程中的高填方边坡进行拟静力稳定性分析,探讨不同的地基处理方式(碎石桩和强夯置换)对边坡稳定性和破坏模式的影响。采用单排抗滑桩加固边坡,深入分析了加固效果和破坏模式、桩身的位移和内力反应以及沿着桩身的土压力分布情况;考虑四种不同的桩头约束情况(自由、不旋转、铰接和固定),分析其稳定性安全系数和临界滑动面的差异,探讨桩的变形和受力形式及峰值大小,并从沿着桩身的土压力分布情况来分析其原因;改变桩间距分别进行计算分析得到了单排桩加固边坡的安全系数的上界和下界,并分析了桩间距对桩间土拱效应形成的影响;对桩的不同加固位置进行模拟分析,得到了单排桩的最佳加固位置。采用双排抗滑桩加固边坡,基于等效桩架的概念提出了同单排桩等效的三种双排桩布桩形式(常规双排桩、错列双排桩和等效错列双排桩),并在不同的土体强度参数下从安全系数、桩身内力反应和土拱效应等方面讨论了最佳布桩形式的问题;同单排桩一样考虑了桩头约束效应对双排桩加固边坡的影响,并对比了前排桩和后排桩的桩身反应的差异,验证了阴影效应的存在;改变排距建模计算,分析了边坡的安全系数和桩身的内力反应,探讨排距对阴影效应的影响;选取不同的排距,考虑双排桩的位置对加固效果和桩身内力反应的影响,同时分析了特殊情况(S/D=1)下的边坡破坏模式受桩位的影响,从而探讨双排桩的最佳桩位问题。以大连岔鞍滑坡为工程实例,分析了开挖削坡对边坡稳定性和破坏模式的影响;地下水会导致滑带土强度参数的降低,探讨了地下水水位的变化对边坡整体稳定性和局部路堤边坡稳定性及破坏模式的影响;采用单排桩加固于边坡的中下部,分析了桩头自由和铰接两种约束条件下的加固效果和临界破坏面及桩身内力反应情况。
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