抗滑桩土拱效应离散元分析及合理桩间距探讨

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利用抗滑桩对滑坡进行加固是工程实际中常用的方法之一。其加固的原理在于利用桩间的土拱效应,将滑坡推力转移到抗滑桩上,使桩土共同受力,以此达到加固滑坡的目的。所以,土拱效应的发生及发展情况对抗滑桩加固边坡的效果有着重要的影响。目前有关抗滑桩土拱效应的数值模拟研究,多利用有限元或二维离散元进行,而忽略了土体为非均质散粒体材料,及土拱效应发生在三维空间。在抗滑桩合理桩间距的研究方面,仅考虑桩侧土拱或桩后土拱单独作用时的情形,而桩侧土拱及桩后土拱在一定条件下可同时存在并共同发挥承载作用。为此,本文在前人研究的成果上,主要做了如下工作:(1)基于YADE离散元分析软件,建立三维数值模型,对抗滑桩中土拱效应在不同深度处的情况进行对比分析,并考虑了桩间距变化与土体不均匀性对土拱效应的影响。研究结果表明,在水平方向上,土拱随深度的增大,其矢高减小,形状由“深拱”变为“扁平”,但强度有所增加;随着桩间距的增大,抗滑桩间土拱效应影响程度逐渐降低,导致抗滑桩对滑坡推力的分担比例减小,但减小的趋势逐渐变缓;土体不均匀性的增强使土拱效应能更快形成并发挥作用,但对土拱极限承载力并无显著影响。(2)在考虑桩后土拱与桩侧土拱共同作用的前提下,基于合理拱轴线假定,在平面条件下,推导了抗滑桩间合理桩间距的计算公式。探讨了滑坡推力沿桩身不同的分布形式,并在滑坡推力非均匀分布的情况下,结合具体算例,对所得公式进行了验证对比。同时,分析了公式中主要参数的变化对合理桩间距计算值的影响情况。(3)在单排桩模型的基础上,将离散元模型扩展到双排桩的情况。对双排桩中,前排桩与后排桩上成拱情况及滑坡推力的变化情况进行分析。改变双排桩的布桩模式及排间距,以此研究二者变化对双排桩中,土拱效应的影响。结果表明,后排桩的成拱模式及滑坡推力的变化不随排间距和布桩模式的变化而变化,前排桩的土拱效应随排间距的增大而逐渐增强,随布桩模式由平行布置变为梅花形布置,而需要更大的加载位移才可发挥其极限承载力。
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