樁土相互作用機理及抗滑加固技術.pdf

1、我國中、西部地區(qū)地質環(huán)境脆弱，一些大規(guī)?；A設施建設對地質環(huán)境的影響很大，滑坡、泥石流、崩塌等斜坡重力災害仍將保持增長趨勢。邊滑坡在重力作用下的破壞過程是巖土體發(fā)揮自穩(wěn)能力與重力作用相抗衡的自組織過程，在外部因素擾動下，巖土體變形的過程即應力調整的自組織過程，其最終結果將使邊滑坡系統(tǒng)達到另一個平衡狀態(tài)，而這個平衡狀態(tài)可能有兩種表現形式：一是在工程意義上邊滑坡達到最終穩(wěn)定：二是工程意義上邊滑坡失穩(wěn)破壞。而采取有效的抗滑加固措施的目的即在于

2、如何使這一自組織過程向有利于前一種平衡狀態(tài)演化。根據自組織理論，當受到外界微小擾動時，系統(tǒng)表現為自組織行為；當受到外界強擾動時，自組織行為會屈服于外界的強擾動，即外界擾動成為系統(tǒng)行為的主導因素。對于邊滑坡而言，在受到外界強擾動的情況下，如在地震工況下，邊滑坡體即可能產生突然失穩(wěn)。針對以上兩種典型的邊滑坡破壞過程，在進行抗滑加固設計時，應采用不同的設計理念。對于正常工況下的抗滑加固設計，應充分利用巖土體的自穩(wěn)能力，抗滑加固措施著重于如何使

3、巖土體自組織過程的演化朝有利于坡體穩(wěn)定的方向發(fā)展。對于地震工況下的抗滑加固設計，則應加強整個邊滑坡的抗震性能，減少和外界擾動的“耦合”放大作用，如改變坡體的動力特性，使其自振頻率遠離地震的卓越頻率。 抗滑樁作為治理斜坡重力災害的一種較為常見和有效的措施，目前在設計上仍缺乏理論指導，尤其是在合理樁間距的確定方面，主要依靠工程經驗進行設計。而常見的一些抗滑加固措施在地震條件下的抗滑加固機理的研究幾乎是空白。本文在土工離心模型實驗及振

4、動臺模型實驗的基礎上，結合數值模擬計算，研究了樁土相互作用機理及地震條件下的抗滑加固技術。主要工作及研究結論如下： (1)采用土工離心模型實驗，結合數值模擬計算，再現了樁間土拱效應現象，在實驗條件下得到臨界樁凈間距為樁徑的5～6.25倍。離心模型實驗及數值模擬結果表明土拱的形狀大致相同，拱矢高度基本上隨樁間距的增大而增大，矢跨比約為0.4～0.6。抗滑樁的受力及主應力場分布表明拱腳區(qū)域為控制截面，拱腳推力主要通過樁后受擠壓土體傳

5、遞給抗滑樁，樁側面和土體的相互摩擦力所提供的拱腳反力僅約為前者的10％。通過敏感性分析，對于臨界樁凈間距而言，各影響因素的敏感性大小排序為：滑體剩余下滑力、土體內摩擦角、土體粘聚力、樁寬度。根據樁間土拱效應機理的研究結論，通過多元回歸分析，建立了臨界樁凈間距計算模型，可據此判斷樁間土拱的形成條件并進行樁間距優(yōu)化設計。 (2)基于擬靜力法理論，采用離心模型實驗和數值模擬計算研究了地震力作用下斜坡堆積體破壞模式和抗滑樁及錨桿框架護坡

6、的加固效果。研究表明抗滑樁能夠抵擋坡體沿基巖面的滑動，但仍有可能發(fā)生中上部坡體淺層坍滑從樁頂剪出。而錨桿框架護坡能夠改善坡體內部的應力應變分布，有效地防止地震力作用下在坡體中可能形成的剪切帶，控制坡體在地震力作用下的水平位移，防治坡體從樁頂剪出，同時能夠較大幅度地減少抗滑樁受力。分析了高烈度地區(qū)斜坡堆積體破壞機理，提出設樁后發(fā)生越頂坍塌破壞模式的判定條件，可據此進行防治方案設計。在高烈度地區(qū)對于斜坡堆積體的工程設計應強調“固腳強腰”的防

7、治原則，在增加了錨桿框架護坡工程后，可以適當地減少抗滑樁的工程數量，以實現技術和經濟的優(yōu)化設計。 (3)通過不加錨桿和錨桿加固的邊坡振動臺模型對比實驗，發(fā)現地震作用下，錨桿加固模型的加速度放大系數明顯小于不加錨桿模型，說明錨桿加固邊坡具有較好的抗震效果，尤其在中震和大震情況下更為顯著。頻譜分析結果表明，施加地震荷載前，錨桿加固邊坡的自振頻率比未加錨桿邊坡的自振頻率提高約20％，且歷經中震、大震后，其自振頻率無明顯降低。而未加錨桿