【摘要】 伴隨著山區(qū)城鎮(zhèn)經(jīng)濟的發(fā)展和工程建設的需要,邊坡穩(wěn)定性方面的安全保障顯得越來越急迫而重要,作為主要加固措施的常規(guī)抗滑樁卻由于地形的局限或承載能力的不足,往往不能滿足工程的要求。雙排抗滑樁作為一種較為新型的支擋形式,利用其自身框架結(jié)構的優(yōu)勢已經(jīng)逐漸在邊坡和基坑工程中被廣泛采用,也取得了良好的效果,但是現(xiàn)階段對于其作用機理的研究仍模糊不定,尤其是解析計算模式和結(jié)構參數(shù)影響的分析不足很大程度地局限了這種高性價比支擋結(jié)構的推廣。為了增強其理論支撐、優(yōu)化其結(jié)構設計,本文采用解析和模擬兩種不同的方式,結(jié)合前人的研究成果,分別對實用計算模式、設計參數(shù)影響兩大方面進行了探討和研究,主要工作內(nèi)容和成果簡述如下：工程解析計算方面,本文總結(jié)了雙排抗滑樁工程中結(jié)構計算的常見方式,通過分析其各自的基本原理和不足之處,利用合理的假定推導出了一種適合一般較穩(wěn)定巖土邊坡的普通雙排抗滑樁的簡潔計算公式,并通過試算結(jié)果與監(jiān)測數(shù)據(jù)的對照使其得到了有效性驗證。結(jié)構參數(shù)分析方面,本文模擬了雙排樁設計中各類主要結(jié)構參數(shù)的變動對樁身實際內(nèi)力和位移的影響,根據(jù)模擬結(jié)果進行對比分析,得出了排距、前后樁長比值設置等方面的優(yōu)化設計建議,同樣,通過對邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)的比較驗證了結(jié)論的實效性。 

第一章緒論

1.1課題提出的背景與研究意義
根據(jù)政策要求，原則上將瑣區(qū)現(xiàn)有優(yōu)質(zhì)耕地的80%以上劃為永久基本農(nóng)田，同時8度以下坡度的土地應是重點保護區(qū)域[2]。這樣一來，無論是新城開發(fā)還是舊城改造必將修建大量的建筑和道路，由此導致的許多高陸邊坡出現(xiàn)也是難以避免的。而對于山地面積占據(jù)94%的云南省[3]來說，由于受地形地貌的影響，對于如此浩大的邊坡工程，其安全性能方面的考慮是不容小視的。在邊坡工程中，對于滑坡的防止和治理措施主要有放坡、排水和支擋等方式[4]，而作為支擋措施中常用的抗滑樁因具有工期較短、適應性強、抗滑力強、可多樁同時施工、對地質(zhì)環(huán)境及邊坡穩(wěn)定性的干擾小等等多方面的突出優(yōu)點[5]，而成為了深基坑支護、高陸邊坡處理尤其是大型滑坡治理中的一種重要手段。但是，當樁后的推力較大時，大量實踐表明采用傳統(tǒng)的單排樁將不能達到控制變形的要求[6]，此時不妨沿滑動方向布置成若干排的樁，樁排之間在樁頂用冠梁相互連接，由不同樁排共同分擔滑坡推力，這樣可以使得結(jié)構所受的內(nèi)力分配更為合理。試驗證明，多排樁共同作用來加固滑坡的效果，比傳統(tǒng)單排樁具有明顯的改善[7]。但是考慮到結(jié)構材料的經(jīng)濟性和山區(qū)地形的適用性限制，本文研究選擇了雙排抗滑樁，旨在為其于實際工程中的應用推廣增加一些理論支撐。
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1.2雙排抗滑樁的研究現(xiàn)狀
雙排抗滑樁支擋結(jié)構是近些年發(fā)展起來的一種較為新型的支擋形式，它是在滑坡地段的適當位置先設置前、后兩排平行的鋼筋混凝土樁，再在樁頂用冠梁（或稱連梁、圈梁）把這兩排樁連結(jié)起來，形成的一種整體框架式的空間結(jié)構[8]，其典型圖（圖1.1)如下所示：除了上述最常見的門架式雙排樁外，h型和加鋪索等新體系也在逐漸地發(fā)展成熟，對于一些土質(zhì)較完好的地域為了節(jié)省工程造價，普通雙排樁（即無冠梁形式）也得到不少的運用。截至目前，雖然在實際工程中雙排樁結(jié)構己被大量采用，但樁身內(nèi)力計算部分卻仍沒有統(tǒng)一的規(guī)范，對于前后排樁所承擔的推力大小及分布的形式，不同設計者所采用的假定也互不相同，導致最終得出的結(jié)果差異頗大理論研究的不足導致其實際工程應用時存在著不少的隱患。以下便是雙排抗滑樁結(jié)構國內(nèi)外應用的歷程和一些主要的研究成果。
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第二章雙排抗滑被分析方法探討

2.1引言
雙排抗滑柱支護結(jié)構與單排懸臂樁相比，最大的優(yōu)勢就是它具有較大的側(cè)向抗彎剛度，因而能更加有效地限制樁身和滑坡的側(cè)向變形。在傳統(tǒng)分析方法中，支擋結(jié)構上的土壓力分布形式是假定的，不同的假定計算出來的內(nèi)力結(jié)果差異很大，這也表明土體和支擋結(jié)構的受力是分別考慮的；實際上，滑坡推力或主動土壓力通過樁土接觸作用于后排樁時，必然使其具有滑坡向的移動趨勢，這將導致樁排之間土的變形和抗力作用的產(chǎn)生，繼而通過能量的傳遞再對前排樁產(chǎn)生作用。本章通過對幾種雙排樁主流解析計算模式的原理介紹和各自優(yōu)缺點的分析，揚長避短為下一章實用計算模式的改進打下基礎；另外，對于后續(xù)章節(jié)中結(jié)構參數(shù)優(yōu)化后支護效果的體現(xiàn)，本章歸納了現(xiàn)階段的幾種主要評價方式并進行了合理的分析和選用。
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2.2雙排被的解析計算模式分析
由于樁間土受壓變形后存在作用機理尚不明確的土拱效應，雙排樁結(jié)構內(nèi)力和位移的解析計算模式與傳統(tǒng)單排樁有很大的不同，研究者一般需要依據(jù)相關理論或試驗結(jié)果做出合理假定，再進行試算論證，，以下是對幾個主流模式的探討。雙排抗滑樁解析計算模式與實際結(jié)果的誤差主要萌生在其基本假定的設置是否周全合理上，如土體比例系數(shù)法僅考慮了滑坡推力對樁身前后產(chǎn)生的主、被動土壓力而忽略了土體變形后的抗力作用；等效抗彎剛度法將樁體和土體剛度等效換算，這應該是建立在土體剛度為不隨深度變化且與支護結(jié)構差距較小的條件下才行；剛塑性分析法過分重視了邊界條件的改變從而夸大了樁間土的影響效果；修正系數(shù)法方式經(jīng)典，但需要依靠原本不夠充足可靠的折減經(jīng)驗系數(shù)。由此看出，合理的解析計算模式應該考慮到：1) 土體壓縮變形后的彈賛效應不能忽略。2)樁身與土體的材質(zhì)不同其剛度不能等效。3)滑動破裂面發(fā)生了改變但應該存在極限范圍。4)不應過分依靠人為擬定的參數(shù)。滿足這些條件才能使得雙排樁結(jié)構的計算結(jié)果盡可能的接近實際。抗滑樁設置的目的就是為了提高邊坡的穩(wěn)定性，目前的評價方式基本上都是基于應力或位移監(jiān)測數(shù)據(jù)的簡單分析，一般認為只要數(shù)據(jù)變化不大就判斷滑坡是穩(wěn)定的且抗滑樁起到了較好的支護效果。但是抗滑樁結(jié)構會不會因為安全儲備不足在突加外力作用下產(chǎn)生安全隱患，或者因為設計的安全儲備過大而造成不必要的資金浪費，卻是沒法通過這種監(jiān)測的手段來判斷的。
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第三章雙排抗滑樁結(jié)構工程計算研究......... 23
3.1 引言........ 23
3.2計算模式的優(yōu)化改進........ 23
3.2.1改進模式的提出........ 23
3.2.2主要公式的推導........ 29
3.3工程實況簡介........ 33
3.4改進模式的試算與驗證........ 37
3.5本章小結(jié) ........41
第四章雙排抗滑樁結(jié)構參數(shù)影響分析........ 43
4.1引言........43
4.2雙排樁結(jié)構模型的建立 ........43
4.3模型計算結(jié)果的分析與驗證........ 48
4.4結(jié)構參數(shù)的影響分析........ 50
4.5結(jié)構參數(shù)優(yōu)化后的支護效果評價........ 61
4.6本章小結(jié)........ 63
第五章研究結(jié)論與展望........ 65
5.1主要結(jié)論 ........65
5.2不足與展望 ........65

第四章雙排抗滑被結(jié)構參數(shù)影響分析

4.1引言
對于抗滑樁的計算分析，一般都是需要綜合考慮土體、結(jié)構、樁土接觸面等方面的協(xié)同作用，由上章可知，解析法只能用于求解邊界形狀簡單、介質(zhì)力學性質(zhì)單一并且荷載作用較規(guī)范的簡單問題，而對于介質(zhì)為非均勻、非線性、各向異性或者荷載復雜的情況下，內(nèi)力解析解的求得往往需要很多理想化的假定條件，甚至是根本達不到的。而實際中，施工開挖、溫度變化、混凝土收縮徐變等因素都會使得支護結(jié)構上的內(nèi)力不斷變化，同時導致其變形也具有一定的不確定性，由于土拱效應的作用，這個變形反過來又會對結(jié)構產(chǎn)生不小的影響，這就使得理論設計與實際情況存在誤差。但是對于現(xiàn)代技術而言，采用有限元理論結(jié)合某種合適的土體本構模型，即通過數(shù)值分析的方式在一定范圍內(nèi)是可以實現(xiàn)對結(jié)構的應力場和位移場有個比較客觀的了解的。為了得到門架式雙排抗滑樁設計參數(shù)的合理取值，本章通過美國Itasca公司研發(fā)的三維快速拉格朗日分析軟件FLAC3D(Three Dimensional Fast Lagrangian Analysis of Continua)對雙排抗滑樁結(jié)構依據(jù)實際工況進行模擬，先對其計算結(jié)果進行分析驗證模型的有效；再采取單因素變化法對幾類主要結(jié)構參數(shù)分別進行試驗，觀察其各自變化時對整體結(jié)構工作性能產(chǎn)生的影響（主要是樁身的彎矩和位移）并得到相應結(jié)論；最后通過是否釆用了結(jié)論優(yōu)化的兩種情況的支護效果（即穩(wěn)定系數(shù)）進行比較，驗證結(jié)論的可靠，為實際工程的設計應用增添依據(jù)和參考。

結(jié)論

雙排抗滑樁因其側(cè)向剛度大、施工方便以及較好的經(jīng)濟性能等優(yōu)勢而非常適合應用于滑坡治理或邊坡加固等工程中，但現(xiàn)階段由于對樁土作用機理仍不清楚，計算模式也未達到認可統(tǒng)一，各種因素影響的不確定性導致其設計往往具有很強的主觀盲目性。本文從經(jīng)典方法的優(yōu)缺點分析入手，利用微分學、彈性地基梁法等原理對普通雙排樁的內(nèi)力計算模式進行了改進和推導，得到了一種簡潔可用的矩陣公式；此外，針對具有實用推廣意義的門架式雙排樁，本文利用數(shù)值軟件對其排距、樁長、樁間土、冠梁等影響支護效果的主要參數(shù)分別進行了研究分析，得到了一些可參考的設計建議，具體成果如下所述：
(1)通過分析雙排樁幾類常見解析計算模式的優(yōu)缺點，總結(jié)出了工程計算中應該考慮到的方面，經(jīng)過假定和推導得到了簡潔的內(nèi)力和位移的計算公式，并將試算結(jié)果與實測數(shù)據(jù)進行對比，驗證了該模式一定范圍內(nèi)是有效可行的。
(2)排距是影響門架式雙排樁結(jié)構支護效果最重要的因素之一，在一定范圍內(nèi)，增大排距能夠顯著地減小結(jié)構的最大位移，同時也導致前后排樁協(xié)同作用的減弱和拉錨作用的增強，樁徑lm左右時研究得到的排距推薦值為2-4倍樁徑。
(3)前后排樁的相對長度也是影響雙排樁結(jié)構支護效果的主因之一，當前排樁相對后排樁較短時非常不利于整體結(jié)構的穩(wěn)定，研究得到的推薦比例為1:1~1.2:1。
(4)冠梁尺寸、樁間土剛度等都是影響雙排樁結(jié)構支護效果的因素之一，研究表明：它們不僅對整個體系的支護效果有著不同程度的影響，相互之間也存在互為影響的作用，設計時需要不斷試算、綜合考慮。
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參考文獻（略）