聂文波[1]2003年在《岩石边坡治理中桩锚结构机理及优化设计研究》文中研究指明边坡是人类生存的重要环境,人类在从事生产和建设过程中，不可避免的要对岩石圈表层进行改造，其中，高速公路修建和山区城市建设等人类工程活动对岩体的挖掘，往往形成众多的岩石工程边坡。将岩石开挖工作减至最少和预测岩石边坡的安全度和极端状态，无论对公路、铁路、坝基还是露天矿，都是土木、地质工程师共同的课题。如果斜坡陡峻，安全问题又很重要，或者边坡设计明显地影响工程费用的话，岩石边坡的合理设计就显得尤为重要。对岩石边坡的治理设计一直以来都是沿着两条思路进行，即主动锚固和被动支挡。主动锚固的主要手段是锚杆；被动支挡的主要手段是抗滑桩。文章结合高速公路边坡和叁峡库区城市边坡的工程实例从四个方面展开论述：第一，论述锚杆锚固机理及锚杆正交优化设计，第二，论述抗滑桩的桩土作用机理、计算方法，第叁，论述抗滑桩的优化设计，第四，对抗滑桩和边坡体系进行了叁维有限元分析。通过研究得到了如下创新性研究成果：1、目前边坡工程中锚固参数的确定多以经验和规范为主，各参数之间的匹配也有不尽合理的地方。正交设计方法作为处理多因素试验的一种科学的试验方法，用这种方法只要少次数的试验就可判断出较优的试验条件，若再对试验结果进行统计分析，还可以更全面、更系统的掌握试验结果，做出试验因素对评价指标的正确判断。引用统计学中正交设计原理对京珠高速公路大悟段某边坡锚固参数进行了优化设计，优化结果表明以边坡水平变形量为评价指标，主要锚固参数对错固效果的影响显着性依次为：锚杆长度＞锚杆间距＞混凝土喷层厚度，得出的最优参数方案为锚杆长度3.0m、锚杆间距2.0m、凝土喷层厚度100mm。2、对抗滑桩桩土作用机理从室内外试验、数值计算方法等方面进行了深入的探讨和总结，指出了试验在对抗滑桩桩土作用机理的认识方面具有其他方法不可比拟的作用。3、抗滑桩的设计推力的取法有叁种：一种是直接将剪出口的推力差值P1作为设计推力，目前抗滑桩设计中多采用此法；一种是将设桩处的推力差值P2作为设计推力； 一种是将设桩处的推力差值P2与剪出口的推力差值P1比较取其大者作为设计推力。实际上这叁种设计推力的取法都不科学。因为取P1作为设计推力没有明确的力学上的根据，取P2作为设计推力由于没有考虑桩前岩土体的抗力，往往偏小。抗滑桩的设计推力要大于设桩处推力差值P，因为推力P有部分向下传递，设ξ为传递系数（0<ξ<1），则实际设计推力应为P/（1-ξ）。4、抗滑桩的锚固深度原则上是由地层的容许侧向抗压强度及桩基底的容许承载力确<WP=6>定，一般在抗滑桩中以桩侧岩土层的容许侧向抗压强度确定。利用刚性桩侧应力所必需遵循的原则分析确定锚固深度的简化表达式为： 或 。5、分散布置的抗滑桩是通过桩间土拱将滑坡推力传递到桩上，再通过桩传递到下部稳定地层中。引用结构力学知识得到了桩间距的表达式为： 。6、由于地下工程的隐蔽性使得精确的滑坡推力方向的确定有很大的人为性，在这种情况下，采用圆形截面抗滑桩治理边坡有巨大优势，因为采用圆形截面抗滑桩不需要非常精确地确定滑坡推力作用的方向,这不但施工方便还有利于施工安全。但是圆形截面抗滑桩配筋计算方法繁琐，不利于其推广应用，本文给出了两种配筋计算方法，黄金分割算法和近似等代法。7、应用大型有限元分析软件ANSYS对单根抗滑桩分析表明： 对于配箍量一定的抗滑桩,如纵向钢筋配置较多,破坏时,纵向钢筋不发生屈服，而随着纵向钢筋量的减少,纵筋受力减少较小。桩身混凝土受压区高度变化不大,临界斜裂缝的倾角变化很小。通过临界斜裂缝的箍筋能够绝大部分、甚至全部屈服,桩呈剪切破坏形式。纵向钢筋数量对抗剪承载力影响较小,破坏时纵向钢筋发生屈服,随着纵筋量的减少,纵筋内力按比例减小,其混凝土受压区高度显着减少,临界裂缝的倾角明显增大,而且通过斜裂缝的箍筋已不能够全部屈服,甚至不屈服。桩的抗剪能力急剧下降,桩呈弯曲破坏形式,箍筋数量对抗剪承载力影响较大。所以,设计时可以综合考虑纵筋量和箍筋量对抗滑桩的影响。 8、ANSYS对抗滑桩—边坡系统分析表明：围岩的Es越大，抗滑桩所能承受的滑坡推力就越大。在同样大小的滑坡推力作用下，围岩的Es越大，桩的埋深就越小。对于滑坡推力分布形式的模拟可得出这样的结论，对于同样大小的滑坡推力，矩形分布荷载桩较叁角形荷载分布形式所得结果要偏安全。
夏雄[2]2006年在《桩锚结构设计理论及安全性评价》文中研究说明桩锚结构是边坡治理工程措施之一，它是在抗滑桩和锚索应用的基础上发展起来的。其基本概念借助于锚索所提供的锚固力和抗滑桩所提供的阻滑力并由二者组成的桩—锚支挡体系共同阻挡边坡的下滑，在当前工程中使用日益广泛，但其设计计算理论研究远远滞后于工程应用，特别是在长期稳定性和工程结构安全性评价方面的研究工作做得很少。因此，加强设计理论研究，是一项十分紧迫的工作。 有鉴于此，本论文结合《京珠高速公路粤境北段路堑高边坡病害预防及防治措施研究》，《川藏公路前龙段滑坡机理与整治技术研究》等科研项目，在前人已有研究成果的基础上，充分吸收相关行业的研究成果和成功经验，结合典型边坡工程的实际情况，从研究坡体压力出发，分析当前桩锚结构设计理论，对其设计方法进行改进，结合锚索锚固机理的研究，进行桩锚结构长期稳定性分析和工程结构安全性评价，以期求得较为符合实际的计算分析理论，满足工程实际的需要，更好的为工程建设服务。通过较详细的分析和研究，主要取得了如下结论与成果： (1) 坡体与桩锚结构物之间的相互作用机制，研究了抗滑桩土拱力学效应，分析了桩土应力分担比，讨论了坡体压力、土体性质以及桩土接触面性质等影响因素对土拱效应性态的影响。据此，提出了一种考虑土拱效应折减的桩土相互作用的位移模型，与现有计算模型相比，该模型能考虑滑坡推力随桩体变形、桩周岩土体变形而不断调整自身的分布，且将土拱效应引入到力学计算模型中，得出了桩后滑体系统位移为平动时抗滑桩求解的微分方程式，较之将滑坡推力设定为一固定的分布形式的现有计算方法，更符合工程实际。 (2) 考虑到工程实际中锚固段的黏结应力为非均匀分布，提出按照锚固段黏结剪应力非均匀分布的理想弹塑性模型的锚索设计理论进行该问题的分析。给出了锚索与浆体之间，以及围岩与浆体之间的黏结受力区长度解析公式，并进行了算例分析。 (3) 总结了9种影响预应力损失的主要因素，即锚索材料松弛、地层岩土蠕变、锚头夹具回缩、张拉系统摩阻、混凝土收缩与蠕变、爆破与地震作用、张拉顺序、设计荷载以及雨水入渗。针对不同影响因素的特性规律，提出应力补偿措施。
宋征[3]2012年在《某电厂桩锚支护结构优化设计研究》文中研究表明边坡稳定性分析是对边坡安全预测和加固设计的一个重要依据。如何从理论上获得能合理评价实际工程的安全稳定性，是岩土工程领域的一个十分重要的研究课题。稳定性分析方法众多，不同的方法应用于同一边坡工程可能会产生不同的结果，特别是含软弱夹层土质边坡的稳定性分析方面，目前并没有一种统一的理论方法，因而选取适合于该类边坡工程的分析方法显得尤为重要。（1）在各种稳定性分析方法的基础上，基于摩尔-库伦土压力理论提出了适合于含软弱夹层的土质边坡稳定性计算方法。通过实例计算，能较好地反映软弱夹层对边坡稳定的影响。（2）结合软弱夹层的力学特性，假定软弱夹层上部存在一刚体，认为在极限状态下刚体的边界将受到主、被动土压力的作用，以刚体的稳定与否作为边坡失稳的判据。（3）根据理论分析，以对数螺旋线作为曲线滑动面的形式，推导了假定刚体边界上土压力的计算公式，并分析了土压力的分布规律。（4）结合实际工程，认为若假定刚体边界上存在被动土压力的作用，则被动土压力对边坡的稳定性是有利的，而边坡失稳的关键因素在于主动土压力的大小和软弱夹层的力学性质。（5）提出了搜索最危险滑动面的方法，即搜索坡体失稳时最不利的力学组合，认为最大主动土压力和最小被动土压力共同作用时的滑动面即为最危险滑动面。在边坡的防护措施中，桩锚支护作为一种主动性支护结构在一些大型的边坡和深基坑工程中得到了广泛的应用。本文结合实际工程，针对性地采用了桩锚支护结构加固方案，并在参考传统的设计方法和大量相关文献基础上，在以下几个方面构建了优化数学模型和约束条件，对桩锚支护结构进行优化。（1）结合本文所提出的稳定性计算方法，以加固后支护结构提供的抗力为影响参数构建数学模型，并在相应的约束条件下进行优化。优化结果表明，不仅可以使支护后的边坡稳定性达到规范要求，而且降低了桩锚支护设计的强度，节约了工程成本。（2）基于土拱效应理论，分析了可能存在的两种土拱形式，结合两种土拱的形成条件对桩间距进行优化。优化结果表明，合理的桩间距利用了土拱效应的有利因素，充分发挥了桩锚结构的支护作用。（3）根据结构力学原理计算桩锚结构的内力和变形，并结合变形协调条件，以桩身弯矩和变形最小为优化目的，对锚索锚固位置、锚索倾角及初始预应力进行优化。
徐善常[4]2016年在《铁路边坡桩锚结构受力特性研究及工程应用》文中指出边坡稳定性一直是边坡研究的重点,为了加强其稳定性,通常采取各种加固措施。本文以实际工程为依托,采取室内模型试验和MIDAS-GTS有限元数值模拟进行综合研究。首先,室内模型试验选取有抗滑桩和无抗滑桩的两组边坡进行试验,对边坡施加推力,测量边坡的的土压力、位移、桩体的位移及应力,同时测量推力板的位移情况。通过模型试验可知,不同位置处桩体受到边界效应影响程度不同,即边坡外侧桩的位移明显大于内侧。并且抗滑桩明显提高了边坡的极限强度,即有桩边坡在13.5KN荷载下完全破坏,无桩边坡在10.5KN荷载下完全破坏,而有桩边坡、无桩边坡均在9KN荷载下出现初始剪切破坏亦表明抗滑桩不能提高边坡土体的固有结构强度。在垂直方向,有桩及无桩边坡土体的极限应力值均越靠近滑裂面,极限应力值越大,表明,有桩及无桩边坡在垂直方向的极限应力值分布相同。同时有桩及无桩边坡剪切破坏现象出现的位置不同,有桩边坡在桩体后侧出现明显鼓丘现象,无桩边坡则在路基与边坡交汇处出现鼓丘现象。其次,对论文依托工程使用MIDAS-GTS有限元软件进行了数值模拟研究。测量了土体的位移、应力,桩体的位移、应力、弯矩以及锚杆的应力、位移。由于土体本身具有各向异性,因此在相同位置处,垂直向土体的位移明显大于水平向。而边坡土体的垂直位移,自上而下,位移呈递减趋势;自路基与边坡交汇处至边坡背部,垂直向位移呈递增趋势。同时抗滑桩的位移亦呈现一定规律性。自上而下,内外侧桩体的水平向位移均呈递增趋势,于桩体底部达到最大水平位移;且以桩体中心处为临界点,外侧桩体上侧水平向位移要大于内侧;而在桩体下侧,内外侧桩体下部水平向位移大小则完全相同,由此可见,边界效应对外侧桩体影响较大。在桩体应力方面,自上而下,内外侧桩体的轴向应力发展趋势相同,均呈先增后减趋势,且内侧桩体的轴向应力要明显大于外侧。而对于锚杆位移,自上而下,上层锚杆位移要明显大于下层;对于同一位置锚杆,自上而下,位移呈递增趋势,且内外侧锚杆位移曲线几近一致。同时对于锚杆的轴向应力,内外侧锚杆均呈先增后减趋势,于锚杆顶部达到最大正应力,于锚杆底部达到最大s负应力。最后,通过综合分析认为:抗滑桩等边坡加固结构提高了边坡的极限强度,却不能提高边坡土体的固有结构强度。同时路基与边坡交汇处为起点的滑裂面为危险滑裂面,支护结构应该尽量支护到滑裂面。
刘小丽[5]2003年在《新型桩锚结构设计计算理论研究》文中进行了进一步梳理抗滑桩尤其是预应力锚索抗滑桩和预应力锚索地梁(包括单梁和框架梁)是近年来较多地应用于抗滑工程的新型桩锚结构，这些结构的设计理论研究大大滞后于工程应用，其设计计算缺乏相应的规范作指导，存在的问题较多。鉴于这些新型抗滑结构在工程中的大量应用，加强设计理论研究，制定相应规范，是一项十分紧迫的工作。本文结合西部交通建设科技项目，开展了这方面的研究。 论文首先对抗滑桩的相关设计计算理论进行了研究，包括抗滑桩与边坡岩土体的相互作用，抗滑桩的力学计算模型以及预应力锚索抗滑桩的内力计算方法；其次对预应力锚索地梁的受力状态、计算模型以及设计方法进行了分析研究；最后结合工程实例和地质力学模型试验对相关结论进行了分析比较、验证。通过研究，主要取得了以下结论和成果。 (1)提出滑坡推力计算的基本原则，即滑坡推力的计算方法应尽量与该滑坡的稳定性分析方法保持一致，这样计算的滑坡推力才能和相应的稳定系数对应。针对现有滑坡推力计算方法单一、适用性差的特点，将常见的各种类型滑坡按滑动面形式分为5种类型，根据滑坡稳定分析中各极限平衡法的适用条件，分别给出了这5种滑动面形式的滑坡推力计算表达式。 (2)应用土拱理论分析了滑坡推力在抗滑桩和桩间岩土体之间的传递机理，建立了滑坡推力的传递机制模型，得出了抗滑桩上滑坡推力荷载的计算公式。根据岩土体抗压性好、抗拉性差的特点，将桩间土拱的拱形视为合理拱轴线方程，通过分析土拱的力学平衡条件，得出桩间滑坡推力的传递模型，并由此得到抗滑桩上的滑坡推力计算公式，现有抗滑桩上滑坡推力的计算公式只是本文公式的特例。同时根据土拱的应力状态，得出土拱体存在的必要条件，由此给出最大桩间距的确定条件，这些条件既保证了桩间岩土体抗滑能力的充分发挥，又能保证抗滑桩整治工程设计的安全。 (3)建立了滑坡体与抗滑桩相互作用的位移模型。与现有抗滑桩与坡体相互作用的计算模型相比，该模型不是对桩后滑坡推力分布做出假定，而是根据滑体的位移特性，将滑体位移视为系统允许的某种形式，通过桩与其后滑体的相对变形来计算滑坡推力的分布。文中以线弹性Winkler地基上的抗滑桩为对象，得出了桩后滑体系统位移为平动时抗滑桩求解的微分方程式，编第I！页 西南交通大学博士研究生学位论文制了结构计算有限元程序。 （4）对抗滑桩的力学计算模型进行了研究，建立了包括弹性双参数地基模型、弹塑性地基模型上抗滑桩计算的具体有限元计算格式，编制了程序；同时应用建立的抗滑桩与坡体相互作用的位移模型，对双排桩之间的相互作用进行了初步分析。 （5）提出了改进的预应力锚索抗滑桩计算新方法，编制了计算程序。该法指出在计算锚索预应力作用下的抗滑桩内力时，应考虑抗滑桩后滑坡岩土体的地基反力作用，而这一点恰是现有计算方法中所没有考虑的，研究表明，改进方法的计算结果更接近于锚索抗滑桩的实际受力状态。根据预应力锚索抗滑桩计算的新方法，对锚索预应力值的确定给出了详细的理论分析和有限元计算过程。根据锚索抗滑桩的受力特点提出了设计计算的动态方法。 （6）给出了包括线弹性 Winkler地基模型、双参数线弹性地基模型以及各向同性弹性半空间体地基模型上预应力锚索（框架）地梁有限元力学计算模型，该模型能同时考虑地梁与岩土体的协调变形，各锚索预应力之间的相互影响，并据此编制了计算程序；考虑到锚索地梁的工作特点，提出了锚索地梁的极限状态设计思想，在充分发挥锚索承载力的同时保证了地梁的安全，声给出了其具体计算过程和有限元程序。这些都是现有计算方法所不能考虑的。 （7）运用本文相关研究成果对既有例题、工程实例进行了计算结果对比分析，验证了其正确性和合理性，同时也提出了其中需要进一步研究改进的方面。通过大型室内地质力学模型试验，对抗滑结构（锚索抗滑桩和锚索框架地梁）的内力特征进行了研究，用本文的相应设计计算理论和现有计算理论分别对模型试验中的抗滑结构进行了计算，与实测结果的对比分析表明了本文计算方法的可行性。 本论文的创新之处在于，用土拱理论建立了滑坡推力在抗滑桩与坡体之间的传递机制模型，并山此得到了作用于抗滑桩上的滑坡推力计算式以及最大桩间距的确定条件式；建立了抗滑桩与滑坡体相互作用的位移模型，该模型能考虑桩与坡体相互作用过程中二者相对位移的影响，避免了人为假设滑坡推力分布形式的缺陷，给出了其适用条件和计算过程：提出了预应力锚索抗滑桩的改进计算方法，使得预应力锚索抗滑桩的计算理论更加完善，通过实例验证了该方法的适用性和合理性；在预应力锚索地梁力学计算模型研究 一的基础上，提出了预应力锚索地梁极限状态设计的新思想，给出了该设计方法的实现途径并编制了有限元计算程序，为锚索地梁合理而安全的设计提供了一种新思路。
徐升[6]2011年在《滑坡与桩锚结构的相互作用及应用研究》文中研究表明滑坡是自然界的一种十分严重的自然灾害,且随着我国西部大开发基础设施的大规模兴建,在工程建设中,遇见的滑坡越来越多,规模越来越大,机理越来越复杂,其治理难度也越来越大。目前整治滑坡的主要手段是抗滑桩和锚索抗滑桩等。虽然,这两种治理结构在工程中得到广泛的应用,但是,其设计计算理论还不够完善,例如抗滑桩间距设计是根据经验或工程类比的方法确定的,没有考虑桩—土相互作用;锚索抗滑桩结构的设计计算理论研究远远滞后于工程实践。本文围绕桩土相互作用和桩锚变形协调两个问题,对抗滑桩和锚索抗滑桩的设计方法进行了较为深入的研究,获得的主要成果如下:(1)通过对太沙基活动门实验的分析,以Chevalier对改进太沙基活动门试验的叁个阶段划分和李长冬提出的抗滑桩与滑坡体相互作用过程的模型为基础,提出了新的关于桩后土拱效应和桩间土拱效应的最小桩间距和最大桩间距的力学计算模型。利用两个不同的滑坡实例对桩间距计算模型进行了实例分析,结果表明,不同计算方法对不同参数的滑坡计算出的桩间距差距较大,由于现有的桩间距计算方法还处于探索阶段,为了使其能更好的服务于工程项目,还需要更多的学者对其进行深入的研究和探讨,并接受工程的检验。(2)采用二维数值模拟方法探讨了桩—土之间的土拱效应,分析不同桩间距、不同土体参数等因素对土拱效应的影响。分析结果表明:在下滑力不变的情况下,当桩间距较小或C、φ值较大时,桩背主要承担下滑力作用,此时,主要发挥作用的为桩后土拱;随着桩间距的增大或C、φ值的变小,桩背承受的下滑力逐渐变小,直到成一固定值,桩间土承担的下滑力逐渐增大,此时,桩后土拱已经破坏,发挥主要作用的为桩间土拱。(3)总结研究了现有的五种锚索抗滑桩的计算方法,并指出了每种方法的不足。同时,考虑了锚索与桩的变形协调和锚索入射角,提出了改进的预应力锚索抗滑桩计算新方法。通过实际工程,计算分析了叁种典型锚索抗滑桩计算方法下的桩身弯矩,得出当锚索拉力使桩身正负弯矩相等时,锚索抗滑桩桩身受力最优。(4)以“攀枝花机场滑坡”为例,运用上述研究成果,对原锚索抗滑桩方案进行优化,优化后桩身受力优于原锚索抗滑桩。采用原设计方法和本文提出的方法对锚索抗滑桩的桩身进行了配筋计算,结果表明,本文建立的方法设计的抗滑桩的受拉钢筋的工程量得到减少。
参考文献：
[1]. 岩石边坡治理中桩锚结构机理及优化设计研究[D]. 聂文波. 中国地质大学. 2003
[2]. 桩锚结构设计理论及安全性评价[D]. 夏雄. 西南交通大学. 2006
[3]. 某电厂桩锚支护结构优化设计研究[D]. 宋征. 武汉工程大学. 2012
[4]. 铁路边坡桩锚结构受力特性研究及工程应用[D]. 徐善常. 兰州交通大学. 2016
[5]. 新型桩锚结构设计计算理论研究[D]. 刘小丽. 西南交通大学. 2003
[6]. 滑坡与桩锚结构的相互作用及应用研究[D]. 徐升. 成都理工大学. 2011
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