碳纤维布抗滑桩静动力特性研究

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山体滑坡会给人员生命和财产造成巨大损失,抗滑桩因结构简单,受力可靠、桩位布置灵活,抗滑、抗震性能强等优势成为一种重要的边坡加固支挡措施。长期以来,抗滑桩的使用寿命受周围环境及天然土体的不确定性等因素影响,其结构耐久性和抗疲劳性差是抗滑桩应用领域的难题,尤其是恶劣环境的侵蚀和人类活动的破坏,导致自然状态下的边坡不能满足工程的规范要求。近年来,被誉为“黑色黄金”的碳纤维布复合材料凭借其优越性得到各个行业专家和工程师的青睐。目前,碳纤维布加固技术的研究主要集中于桥梁、民用建筑结构等领域,关于碳纤维布加固抗滑桩的研究相对较少,且理论体系尚不完善。本文结合碳纤维布加固技术在国内外的研究现状及抗滑桩自身存在的抗弯、抗剪不足等问题,创新性提出新型碳纤维布加固抗滑桩技术,并依托某采石场边坡治理工程,开展碳纤维布抗滑桩在静力和动力状态下的有限元数值模拟分析。主要研究结论如下:(1)在静力状态下,碳纤维布抗滑桩治理后的边坡稳定性系数大幅度提升,稳定性系数由原来的1.28提高到1.41;桩身位移和内力值得到明显改善,最大位移出现在桩顶端,最大弯矩和剪应力出现在滑移面处。不同碳纤维布加固方式也会影响到抗滑桩治理边坡的加固效果,加固方式一的碳纤维布抗滑桩变形最小,加固效果最明显。但考虑到经济合理性和施工便捷性,采用条带+三道U形箍粘贴法(方式三)、条带+三道环形箍粘贴法(方式四)的加固方式最合理。(2)在地震作用下,普通抗滑桩桩身位移表现出不稳定状态,变化幅度较大。碳纤维布抗滑桩动位移、内力响应分析结果均优于普通抗滑桩。碳纤维布抗滑桩能够有效抵抗多遇地震和罕遇地震对边坡稳定性造成的扰动。(3)静力模拟结果表明,碳纤维布抗滑桩治理后的边坡稳定性系数大幅度提升且均满足相关规范要求,桩身位移和内力值较普通抗滑桩边坡工况得到明显改善,桩身弯矩和剪应力均呈“凸”形分布;动力响应结果表明,碳纤维布抗滑桩在多遇和罕遇地震作用下均能提升边坡稳定性,三种工况的桩身动弯矩高程分布规律相同,在滑移面处均达到最大值,呈“凸”形分布规律。
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