格构梁双参数设计理论与应用研究

来源 :中国地质大学(武汉) | 被引量 : 0次 | 上传用户:qu123qu
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边坡稳定性是岩土工程中十分重要的研究课题之一,随着社会经济的发展,人类工程活动日益频繁,大规模的基础建设活动逐渐从平地向山区转移,边坡稳定问题越来越突出,支挡加固工程作为边坡防治的有效方法而备受关注。格构梁是近年来快速发展的一种新型支挡结构,它与锚杆(索)相结合,能够提供足够大的抗滑力,同时较其他形式的结构美观,在许多行业得到广泛应用,但是其设计理论落后于实际应用。本文引入双参数地基模型,并通过对土压力分布系数的合理假设得到了模型需要的参数,通过算例对比分析说明双参数模型的合理性;并采用FLAC3D对格构梁进行了数值模拟,研究在水平地基及边坡上地基对梁荷载的反应及梁内力分布规律,最后介绍了双参数法在实际工程中的应用。通过研究,主要取得以下成果:1.分析了格构梁的受力特点,得出梁的控制方程:EbIb(d4y)/(dx4)=q(x)-p(x),分析了三种典型的计算方法:倒梁法、Winkler法和弹性半无限空间法。分析结果表明:倒梁法简单地将地基反力假设为均布,只适合于梁与基础相对刚度大、地基岩土体分布均匀、荷载均匀、对称且荷载间距不大时的情况;Winkler法假设土体为弹簧,荷载处的地基反力与位移成正比,没有考虑应力在地基中的扩散,只适合于坡体较破碎、强度低、无良好弹性的情况;弹性半无限空间法把地基看作均质、连续、弹性的半无限体,根据静力平衡和位移协调条件求出地基反力,该方法在计算土质地基上梁内力时差别较大,适合于岩质地基。2.引入双参数地基模型计算格构内力,从地基一点的应力应变入手,并根据z方向平衡条件,通过变分法得出了由两个参数控制的地基控制方程:-κH2ω(x,y)+κvω(x,y)=q(x,y),κv、κH分别为反映竖向压力σz及剪应力τxz、τyz影响的地基反力系数和地基侧向系数。根据地基应力分布系数的特点,对其进行合理假设,获得了计算模型参数的方法,提高了理论与工程实际的联系程度,并最终推导出格构梁的解析解。经与Winkler法、弹性半无限空间法、室内试验和现场试验的对比,表明双参数法计算的结果更接近试验数据,且应用范围更广。3.利用FLAC3D进行格构梁数值模拟。分析了pile结构单元模拟地基梁的机理。通过模拟,分析了单根梁在水平地基及边坡上的内力特点和地基的应力、位移分布特点,以及格构框架在边坡上的内力特点、地基对框架作用的反应。模拟的主要结果有:单根格构梁在水平地基与边坡上的内力不同,在边坡上的内力要比水平地基上的小约10%;地基应力的扩散特点也有差别,导致这些差别的原因是由于边坡上的梁与坡面存在着摩擦力,以及边坡自重应力场与水平地基应力场的差别。在纵梁间加上横梁组成格构框架时,横纵梁同时受力,梁的内力减小,梁底地基的应力集中程度也显著降低,同时应力的扩散也更均匀范围更大,治理效果更显著,因此在实际工程中应尽量设计成框架梁。4.通过对三峡库区秭归一边坡治理的设计,详细介绍了双参数法的实际应用;通过与倒梁法、Winkler法、弹性半无限空间法结构设计的比较可知,根据双参数法的结构设计能够在保证安全的情况下,在一定程度上降低工程造价,值得推广。
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