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原文传递单排桩加固边坡模型试验与数值分析

论文题名：	单排桩加固边坡模型试验与数值分析
关键词：	边坡稳定;抗滑桩;模型试验;数值模拟
摘要：	众所周知，对非常活跃的滑坡和即将破坏的边坡而言，桩是一种非常有效的措施。研究者们提出各种边坡经验设计方法和边坡及桩加固边坡的稳定性分析方法。然而，采用的分析和设计方法不同得到的结果不一样，设计方法对桩-边坡间复杂的稳定机制也没有得到充分的诠释。本文采用模型试验和基于强度折减法三维有限差分软件FLAC3D来进行单排桩加固边坡的稳定作用机制研究。　　首先，设计并制作了模型试验装置，对单排桩加固黏性土边坡进行了模型试验研究。通过模型试验测试获得：桩后的土压力是呈三角形分布，合成集中力作用在滑动面以上桩长的三分之一处；略高于滑动面处的桩弯矩和剪力达到最大值。桩前土压力测试结果表明，桩的作用影响范围在桩后达4倍桩径的区域。　　针对试验模型，采用FLAC3D数值模拟方法对模型试验进行了数值分析，数值模拟与试验结果吻合较好，说明可以采用数值模型分析桩加固边坡的桩土之间相互作用。　　然后，采用数值模拟方法对含基岩边坡在不同位置设计单排桩的稳定性进行分析。结果表明：随桩身布置位置从边坡底部向边坡上部移动，边坡位移逐渐增加；在边坡坡面中上部布置排桩最佳，边坡安全系数最大，且随边坡坡角的增加最佳桩位朝边坡中上部逐渐转移；桩加固边坡的破坏方式主要有三种形式，即越过桩顶滑动、桩身前滑动以及通过桩身滑动，同时桩在基岩的嵌入长度对其也有影响。　　基于抗滑桩的荷载分配比的数值模拟分析，提出了一种新的抗滑桩加固边坡荷载三阶段传递方式，包括摩擦土拱（桩间土拱作用）、桩后土拱（桩的端部）以及桩前滑动体。借助于数值分析，研究了沿桩身不同深度桩荷载分配率的分布规律。通过不同的桩的距径比S/D、抗滑桩嵌岩深度、滑动体的剪切参数和桩土接触面参数的模拟分析，结果表明：（a）土拱的影响范围是桩后四倍桩径区域；（b）只有在一定桩距范围内才会产生土拱效应，随桩距增大逐渐不明显；当桩间距较小时，桩类似连续墙的作用，在土体中的土拱效应较为明显；随着桩间距增加，桩承受土体荷载区域扩大，因此，弯矩和剪切力的最大值会增加。（c）桩嵌岩长度占桩长15％以上，才能保证土拱效应出现；（d）土体的黏聚力和内摩擦角对边坡上部土层的桩荷载分配比有轻微影响，对深部土层的桩荷载分配比影响明显，且随粘聚力的下降，摩擦角的增大，桩荷载分配比会出现相应的增加；（e）桩弯矩和剪切力会随土体黏聚力的增加而增大，而桩最大弯矩和剪切力会随土体内摩擦角的增大而减少。　　研究了嵌固桩加固边坡时的受力状态，发现抗滑桩存在嵌岩深度临界值，超过临界值时边坡安全系数不再增大；抗滑桩嵌岩深度小于临界值会显著增大桩身弯矩和剪切力，在均质边坡中，当桩的嵌入深度比小于临界值时有类似规律。分析了桩不同嵌入深度与滑面位置变化的关系，分析了在桩嵌入深度超过临界深度时，不同的桩嵌入深度对桩变形、弯矩及剪切力以及边坡安全系数的影响。
作者：	Mudthir BakriHassan Almakki
专业：	岩土工程
导师：	夏元友;汪华斌
授予学位：	博士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文