检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：杨智翔西南交通大学

学位级别：硕士

大型滑坡的加固治理受地质条件、工程投资、施工工期、施工风险等众多因素影响,采用传统的滑坡加固治理措施,有时会受到限制。本文结合林夕至织金铁路的一个开挖巨型滑坡的实际工程,针对提出的一种框架式双排抗滑桩新型结构开展研究分... 详细信息

大型滑坡的加固治理受地质条件、工程投资、施工工期、施工风险等众多因素影响,采用传统的滑坡加固治理措施,有时会受到限制。本文结合林夕至织金铁路的一个开挖巨型滑坡的实际工程,针对提出的一种框架式双排抗滑桩新型结构开展研究分析。论文的主要研究成果如下:(1)验证了用矩形分布简化滑坡推力的合理性,且滑坡推力大小按传递系数法进行计算,坡体抗力大小取被动土压力、剩余抗滑力及弹性抗力的最小值;(2)提出了框架式抗滑桩内力的简化计算模型。将框架式抗滑桩分解为三个分部结构,最后利用结构力学和弹性地基梁理论分别进行计算。(3)数值模拟的计算结果验证了理论计算方法的正确性,同时数值计算中框架式抗滑桩的内力分布与理论计算较为一致,数值计算值总体上比理论计算值小。(4)桩间距的改变对结构内力变形影响较大;前、后桩锚固深度对结构受力与变形影响较小;横梁刚度增大能够改善结构受力且减小结构水平位移。(5)模型试验的结果得到了不同滑坡推力作用下框架式抗滑桩的土压力分布特征,验证了理论假设的正确性。同时揭示了不同滑坡推力作用下框架式抗滑桩的内力及变形响应规律,其危险截面出现在桩梁交接处,与理论分析一致,验证了理论计算的合理性。(6)基于BIM理念,借助Revit软件进行框架式双排抗滑桩结构参数化设计,建立框架式抗滑桩BIM模型,进行框架式抗滑桩虚拟施工模拟,得出基于BIM理念的设计优势。

关键词：框架式抗滑桩滑坡治理理论计算数值模拟

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框架式抗滑桩受力特性对比分析

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中国公路学报 2012年第6期25卷 56-59,79页

作者：钱同辉徐华夏文才陈芳中国地质大学岩土钻掘与防护教育部工程研究中心湖北武汉430074 中国地质大学工程学院湖北武汉430074

为探究大型滑坡治理中框架式抗滑桩的受力机理,采用ANSYS有限元计算及模型试验方法,对比分析了框架式双排抗滑桩的内力和变形特征。建立了能反映框架式双排抗滑桩空间效应的有限元模型,并运用相似理论构造了室内试验模型,对比分析了数... 详细信息

为探究大型滑坡治理中框架式抗滑桩的受力机理,采用ANSYS有限元计算及模型试验方法,对比分析了框架式双排抗滑桩的内力和变形特征。建立了能反映框架式双排抗滑桩空间效应的有限元模型,并运用相似理论构造了室内试验模型,对比分析了数值模拟和室内模型试验结果。结果表明:模型试验与数值模拟结果总体趋于一致;前、后排桩身弯矩存在反弯点,其最大值出现在滑动面处,后排桩起到主要的抗滑作用;纵向框架梁的最大弯矩值在桩、梁交接处,横向框架梁对抗滑桩起到了很好的变形协调作用,在以边桩为拱脚处表现出明显的土拱效应;对比分析验证了框架式抗滑桩具有土拱-桩-梁空间协同受力特性及变形规律。

关键词：道路工程框架式抗滑桩数值模拟受力特性模型试验桩-土共同作用

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框架式抗滑桩抗震力学特性研究

框架式抗滑桩抗震力学特性研究

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作者：程周炳中国地质大学（武汉）

学位级别：硕士

因为地震是自然界中重大的灾害之一，为了减轻地震所造成的生命与财产损失，所以人们对抗震工程进行了长期的探索。伴随着科学技术的进步，抗震工程的理论知识和实践经验得到质的飞跃。但是，对于近几十年来全球发生的许多大地震，例如:... 详细信息

因为地震是自然界中重大的灾害之一，为了减轻地震所造成的生命与财产损失，所以人们对抗震工程进行了长期的探索。伴随着科学技术的进步，抗震工程的理论知识和实践经验得到质的飞跃。但是，对于近几十年来全球发生的许多大地震，例如:1976年我国的唐山地震、1994年美国Nothridge地震、1995年日本阪神地震和1999年中国台湾集集大地震等研究甚少，致使大地震造成大量严重的工程破坏和惨重的生命和财产的代价。\n 然而在许多重大的结构设计分析过程中，地震作用仅被视为一个主要的动力影响因素而考虑在内。并且这些研究范围都局限于一些房屋、桥梁、地下工程和水工程等建筑物的抗震结构设计中，但是真正对于抗滑桩抵抗滑坡，加固边坡方面的抗震分析研究较少。同时抗滑桩不同于其他一般的结构物，地震作用下的抗滑桩的桩身与土体的动力相互作用:如土体与桩体的挤压，离散等等过程随时间的不同为不同。因此研究抗滑桩抵抗滑坡与加固边坡的动力特性（如弯矩、剪力分布，桩身的位移分布形式）有着十分重要的意义。\n 当地震作用引起的滑体规模一般较大从而滑坡推力很大时，如果设置单排抗滑桩，则需要增大截面，从而加高造价，不经济。同时单排的抗滑桩抗滑能力较双排抗滑桩弱，不安全。固可以考虑设置两排或多排抗滑桩进行滑坡治理。然而目前有三种主要形式的双排桩，一为排列成两排的单排式抗滑桩（其中又分前后对齐的形式与梅花桩形式），二为h型抗滑桩，三为门架式抗滑桩。在双排桩抗滑结构体系中，前后排桩均分担滑坡传递过来的推力，同时充分利用同排桩间以及前后桩间的土拱效应从而增强抗滑效果。最终双排抗滑桩结构因其自身稳定性好和整体刚度大的特点从而可以达到较理想的抗滑能力。\n 本文以双排框架式抗滑桩为例，考虑双排框架式抗滑桩的三维空间变形协调因素，在此基础上研究地震作用下的双排框架式抗滑桩的动力特性（弯矩、剪力分布）。滑动面以上的抗滑桩，假设为悬臂式的抗滑桩。滑动面以下则假定抗滑桩为文克勒地基梁模型。建立地震作用下的双排框架式抗滑桩的力学模型，分析其内力变化和变形特征。为将来的滑坡治理方面工程的应用提供参考依据。\n 第一，总结历年来强震引起的抗滑桩的破坏特点，并针对目前国内外现有的关于滑坡抵抗以及边坡加固在土与结构动力相互作用机理方面问题的研究。\n 第二，根据一些工程所在地的地震烈度和当地的土质类型，采用三角函数快速傅里叶FFT法，人工合成适合那些工程的地震波。在合成后的地震波中截取振动较明显的20s，设定地震间隔时间为0.1s，选取步数为200步。\n 第三，滑动面以上，后排桩受到同排间土拱效应产生的土拱压力。通过水平分层法以及静力平衡求得出后排桩被动土动压力以及前排桩的主动土动压力，同时考虑因后排桩挤压桩间土所产生的土拱效应产生的前排桩的附加应力。以物部-冈部及库伦定理为基础，运用拟静力的方式计算出的滑动面以上前排桩所受到的被动土动压力。将滑动面以下的抗滑桩假定为文克勒地基梁模型，且滑动面以下的土体对桩身所产生的土体水平抗力应用m值法计算。\n 第四，建立双排框架式抗滑桩数学方程，滑动面以上抗滑桩与横纵梁考虑空间协调并使用空间位移法建立基本数学方程，滑动面以下建立文克勒地基梁方程式，根据红石包工程提供的基本物理参数最终得出双排框架式抗滑桩的前后桩以及横纵梁的弯矩与剪力分布形式。最后对比静力作用下的双排框架式抗滑桩的弯矩与剪力分布。得到结论为:（一）、前排桩和后排桩均出现了反弯点，后排桩与前排桩的反弯点大致都在滑动面以上5米的位置。大致在滑动面以上的桩身的1/3处。（二）、相对与其他的双排抗滑桩，其中的纵梁虽然刚度较小，但是在空间协调中起到了十分重要的作用，使每一个门架式抗滑桩相符连接，致使整体刚度较大，使每个构件上均分布有弯矩与剪力，使桩梁土受力更加的合理。抗滑能力加强。（三）、从得到的前后排桩的总弯矩图与总剪力图可以看出，最大的弯矩均发生在滑动面处，并且后排桩的弯矩与剪力均比前排桩的要大，说明后排桩承担了大部分的滑坡推力，同时因为有了前排桩的分担，使得后排桩上的弯矩不至于过大。\n 第五，将得到的弯矩与剪力分布图，应用到红石包滑坡治理工程中，得到前后桩以及横纵梁的配筋。

关键词：框架式抗滑桩变形特征力学模型力学特性滑坡治理地震作用

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地震作用下框架式抗滑桩的数值模拟分析

地震作用下框架式抗滑桩的数值模拟分析

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作者：陈芳中国地质大学(武汉)

学位级别：硕士

近年来,滑坡、崩塌、错落、泥石流等的频繁发生,给社会经济造成严重的损失,环境地质灾害也日益引起人们的关注。滑坡作为山区公路建设过程中经常遇到的自然灾害之一,轻者常常会因此影响公路交通正常运输,严重的滑坡灾害还会引发的各种... 详细信息

近年来,滑坡、崩塌、错落、泥石流等的频繁发生,给社会经济造成严重的损失,环境地质灾害也日益引起人们的关注。滑坡作为山区公路建设过程中经常遇到的自然灾害之一,轻者常常会因此影响公路交通正常运输,严重的滑坡灾害还会引发的各种次要灾害,从而加剧滑坡灾害的严重性。导致滑坡的因素很多,地震是诱导滑坡的重要因素之一,就目前来看,由地震引发的滑坡实例有很多,相关数据表明,地震烈度为6度时可诱发滑坡,且地震烈度越高,滑坡的诱发几率也越大。新世纪以来,伊朗地震、日本地震、印度洋海啸、台湾地震、汶川地震等地震的频繁发生,给大量重大工程和人类财产生命安全带来巨大损失。\n 现今,在许多重大的结构设计分析过程中,地震作用被视为一个主要的动力影响因素考虑在内。而目前的研究局限于房屋、桥梁、地下工程和水工程等建筑物的抗震结构设计,对于抗滑桩等加固滑坡措施的抗震分析研究较少。而不同于一般结构物,抗滑桩的抗震设计要考虑桩—土的动力相互作用,研究更复杂,因此研究边坡加固措施抗滑桩的动力特性有着十分重要的意义。\n 本文以框架式抗滑桩为例,考虑抗滑桩的空间变形协调作用,以此为基础系统研究地震作用下框架式抗滑桩的动力特性。文中通过综合考虑框架式抗滑桩的受力特点,应用有限元知识,采用ANSYS/LS_DYNA大型有限元分析软件,建立框架式双排桩的三维有限元模型,分析其内力和变形特征,并分析不同地震动作用下框架式抗滑桩内力变化,为以后类似的工程实际应用提供参考依据。\n 第一,总结前人在探索地震作用下抗滑桩的计算理论,对目前国内外现有的对于滑坡抗震加固及土与结构动力相互作用机理问题的研究。\n 第二,根据工程所在地的地震烈度和场地类型,采用三角函数快速傅里叶FFT法,利用MATLAB软件人工合成适合本工程的地震波,合成的地震波需要满足地震波三要素要求.在人工合成的地震波中截取振动较明显的20s,设定地震间隔时间为0.1s,选取步数为200步。\n 第三,应用大型通用有限元软件ANSYS/LS_DYNA,选择适合抗滑桩动力分析的材料本构模型以及分析方法。文中框架式抗滑桩桩身为钢筋混凝土材料,采用PLASTIC_KINEMATIC材料模型,土壤采用SOIL_AND_FOAM材料模型,根据材料模型确定模型应用中所需要的相关参数,求解非线性动力方程式。在ANSYS/LS_DYNA建模过程中主要考虑的问题:单元的选取,材料模型参数设置,网格划分,地震荷载的输入,土体边界条件的模拟方法,重力作用的考虑等等。其中桩-土三维有限元模型的接触面采用自动接触,设定桩与滑体接触面处的摩擦系数为0.2,桩与滑床接触面处的摩擦系数为0.25,滑体与滑床接触面处的摩擦系数为0.2。地震波从基岩底部进行输入,重力采用赋予初始加速度的方法,边界采用粘弹性人工边界。\n 第四,输入人工合成的地震波,主要考虑水平地震作用,通过模拟计算结果,研究地震作用下框架式抗滑桩桩身在地震作用下的应力、位移变化,滑体表现的土拱效应,同时通过输入不同地震动,分析不同地震动作用下桩身的应力位移变化。根据模拟提取的应力结果,对应力值进行变化,绘制出桩身弯矩和剪力图。\n 第五,针对三峡库区红石包滑坡工程实例,首先采用模拟计算出的内力图设计出地震作用下框架式抗滑桩的结构施工图,表明该计算方法可运用于实际工程。最后对全部工作进行总结,指出需要深入研究的问题。\n 通过模拟分析,得出以下结论:\n 第一,地震作用下,随着地震加速度的增加,桩身应力也随之增加,前后排桩最大正应力出现在滑动面处,后排桩应力大于前排桩,纵横向框架梁最大应力出现在梁两侧,其中纵向框架梁靠近后排桩的应力较大,横向框架梁靠近中桩部分应力大于靠近左、右两侧的部分。前、后排桩最大剪应力均出现在桩项附近,由于滑体发生位移对桩身产生剪切作用,使得滑动面附近的桩身部分剪应力较大,纵向框架梁最大剪应力出现在梁中,两侧应力也较大,同梁中应力方向相反。前后排横向框架梁剪应力方向相反,最大应力出现在梁两侧。由于位移协调作用,前后排桩桩身位移基本一致,桩身最大位移发生在桩顶,位移呈线性变化,且桩身位移随着地震加速度的增加而逐渐增大。\n 第二,地震作用下,滑体表现出良好的土拱效应,出现应力拱和位移拱,桩间土位移明显小于桩侧位移,且应力拱和位移拱随着滑体深度的增加而表现的越不明显.\n 第三,不同地震动作用下,随着地震动的增加,桩身应力逐渐增加,但变化趋势基本相同。同静力作用相比,桩身应力变化趋势同地震作用下基本相同,从纵横向框架梁明显的应力变化,体现了框架式结构的抗滑桩良好的抗震作用。将0.10g到0.15g之间应力变化同0.15g到0.20g相比,后者变化增幅更大,说明地震动越大,应力变化更明显。不同地震动作用

关键词：框架式抗滑桩地震响应土拱效应数值模拟

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框架式抗滑桩的模型试验研究

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华中科技大学学报（自然科学版） 2011年第12期39卷 119-122页

作者：钱同辉唐辉明夏文才张石磊中国地质大学教育部长江三峡库区地质灾害研究中心湖北武汉430074 中国地质大学工程学院湖北武汉430074

通过室内物理模型试验研究框架式抗滑桩的受力特性及变形规律.运用相似理论,充分考虑几何相似、材料特性相似、荷载相似、载荷施加和边界条件相似并建立了试验相似关系,设计了框架式抗滑桩试验模型和试验装置.通过模型试验观察框架式抗... 详细信息

通过室内物理模型试验研究框架式抗滑桩的受力特性及变形规律.运用相似理论,充分考虑几何相似、材料特性相似、荷载相似、载荷施加和边界条件相似并建立了试验相似关系,设计了框架式抗滑桩试验模型和试验装置.通过模型试验观察框架式抗滑桩从受荷到破坏的全过程,根据监测数据的动态变化分析框架式抗滑桩内力分布规律、土压力分布规律以及桩顶位移特征.试验结果表明:当滑坡推力达到一定值时,整个框架式抗滑桩与桩间土体组成一个受空间协同交互作用的框架整体,具有很好的等效连拱支挡作用和较好的刚度及稳定性,能有效抑制滑体的下滑位移,抗滑效果显著.

关键词：框架式抗滑桩模型试验协同作用土压力桩身内力相似原理

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考虑空间协同作用框架式抗滑桩的计算方法

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地球科学（中国地质大学学报） 2011年第6期36卷 1143-1148页

作者：钱同辉夏文才朝泽刚张石磊中国地质大学教育部长江三峡库区地质灾害研究中心湖北武汉430074 中国地质大学工程学院湖北武汉430074

基于空间协同作用的框架式抗滑桩力学分析模型考虑了桩、梁、岩土之间的相互作用及桩间土拱效应,运用空间协同分析机理对框架式抗滑桩结构的内力和变形规律进行分析,较好的弥补了当前主要采用桩土效应对多排抗滑桩进行受力分析的局限性... 详细信息

基于空间协同作用的框架式抗滑桩力学分析模型考虑了桩、梁、岩土之间的相互作用及桩间土拱效应,运用空间协同分析机理对框架式抗滑桩结构的内力和变形规律进行分析,较好的弥补了当前主要采用桩土效应对多排抗滑桩进行受力分析的局限性.根据框架式抗滑桩受力模型的基本假定,采用分段计算方法,以框架式抗滑桩的滑动面为分界将桩体结构分为两段,综合运用土拱效应、平衡协调原理及弹性地基梁方法,分别建立框架式抗滑桩上下部分的受力计算方程,给出该模型受力计算的数学解析方程组求解法,并采用MATLAB对方程组进行编程计算,结合工程实例的实验结果进行对比分析该数学解析法的正确性.

关键词：框架式抗滑桩空间协同作用力学模型计算方法工程地质

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框架式抗滑桩的模型试验研究

框架式抗滑桩的模型试验研究

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作者：夏文才中国地质大学(武汉)

学位级别：硕士

随着我国“十二五”规划的展开，基础设施建设和各项工程建设投入力度进一步加大，由工程建设引起的地质灾害问题日趋严重，而滑坡灾害及其治理方法的研究备受关注。抗滑桩作为滑坡治理中一种有效方法，它具有适应性强、对滑坡稳定性和... 详细信息

随着我国“十二五”规划的展开，基础设施建设和各项工程建设投入力度进一步加大，由工程建设引起的地质灾害问题日趋严重，而滑坡灾害及其治理方法的研究备受关注。抗滑桩作为滑坡治理中一种有效方法，它具有适应性强、对滑坡稳定性和地质环境干扰小、施工简便、抗滑能力强等诸多优点。抗滑桩本身是受弯构件，若仅靠增加截面尺寸来增加刚度，不仅给施工带来困难，而且经济成本也大大提高，工程效益降低。因此，开展提高抗滑桩刚度与强度的研究以及土拱效应、地层摩阻力、土体抗力对抗滑桩的影响是当前的研究热点。　　本文在总结分析国内外有关抗滑桩试验研究的基础上，进行了框架式抗滑桩的模型试验研究，对框架式抗滑桩结构的内力和变形规律、滑坡推力分布形式、土拱效应以及滑体破坏的形态进行分析，全面地分析了框架式抗滑桩的抗滑特性。　　一、论文的主要研究工作如下：　　 1．对国内外抗滑桩静动力模型试验与现场实测等方面的研究现状及发展水平进行了综合分析，探讨了当前抗滑桩试验研究成果的优缺点及局限性，以相似理论为指导，制定了框架式抗滑桩的模型设计方案、综合试验方案及可行的技术路线。　　 2．在介绍相关力学知识和空间协同作用的基础上，总结了普通抗滑桩的力学模型和框架式抗滑桩的两种基本力学模型。同时，介绍了已有的抗滑桩模型试验的模型设计、模型材料的设计和加载设计等，提出了框架式抗滑桩的可靠试验模型。　　 3．以相似理论为指导，确定了模型试验的相似判据并进行了物理量的相似分析。然后以红石包滑坡为工程原型，根据原滑坡的工程性质，对试验模型尺寸、试验装置、加载设备进行设计;对模拟滑体材料的配合比进行了一系列土工试验并确定土砂石的最优配比;对模型桩和滑床的模拟材料进行了设计。　　 4．综合考虑试验条件的影响因素，设计并实现了综合试验模型。然后，从桩间和桩周土压力、桩梁内力、桩顶位移和滑体破坏现象等四个方面进行试验测试，通过多次采集获取相应的试验数据，并通过土压力测试系统、DH3815N和DH3818静态应变数据采集仪对采集数据进行分析处理，从而获取在模拟滑坡推力及桩梁岩土体共同作用下的框架式抗滑桩受力特性及变形规律，最后根据相似理论反推出红石包滑坡工程实例中框架式抗滑桩的受力特性及变形规律。　　 5．对上述模型试验结果进行了分析研究，从而验证框架式抗滑桩模型的合理可行性，为框架式抗滑桩的设计提供科学依据。为进行合理的分析研究，在试验中对试验体中的模拟滑坡推力逐渐加大，直至其最大值。再通过观察框架式抗滑桩从受荷到破坏的全过程，研究框架式抗滑桩在非线性力协同作用下的渐近受力变化过程，采集整个变化过程中抗滑桩各组件的受力值，并以直观的图表展现出来。试验观察结果表明，当滑坡推力达到一定值后，整个框架式抗滑桩的构架形成了一个受空间协同交互作用的框架整体。试验结果数据分析表明，框架式抗滑桩模型可以作为一种有效地计算抗滑桩受力特性的技术方法。　　 6．针对三峡库区巴东红石包滑坡实例，根据试验研究成果，进行了框架式抗滑桩的设计，给出了抗滑桩、梁的截面配筋图，以使框架式抗滑桩在实际工程中得到应用。　　二、论文的研究成果如下：　　 1．通过对模型试验结果分析，框架式抗滑桩的结构内力与传统抗滑桩的结构内力相比，框架式抗滑桩桩梁变形协调一致，桩身弯矩存在反弯点且桩顶项部弯矩不为零，桩顶位移小，桩间土拱效应不仅增大了桩的受力宽度还提高了抗滑桩的承载能力。表明框架式抗滑桩结构对滑坡推力产生了良好的协同交互支挡作用，较传统抗滑桩有更大的优越性和工程应用价值。而通过对桩后、桩间和桩周的土压力结果分析，得出滑坡推力呈梯形分布形式，桩间土压力呈抛物线分布形式和桩间、桩周土体形成土拱效应的结论。　　 2．在混凝土和钢筋等材料使用量相同的前提下，框架式抗滑桩较其它形式的抗滑桩具有更好的刚度和稳定性。在试验加载后期出现了桩后滑体从桩后剪出及滑体出现裂缝的现象，抗滑桩没有明显破坏迹象。这主要是在滑坡推力作用下，前后排桩和纵横向框架梁合理的分配了推力荷载和土压力荷载，这是空间协同作用效应。　　 3．模型试验结论对抗滑桩工程设计有很强的指导性意义和规范的修改有很大的参考价值。　　第一，抗滑桩高度-弯矩分布图表明，桩身最不利弯矩和最不利剪力均处在滑动面处，且后排桩都大于前排桩。因此，在抗滑桩结构截面设计和配置受拉钢筋设计时，其最不利内力设计值取滑动面处的内力值，同时设计时对前后排桩的处理应区别对待;第二，纵向框架梁在弯矩和轴力的共同作用下主要承受拉应力，在滑坡推力的传递中主要承受压应力，在节点处局部受拉，故在节点处应考虑增大配筋率避免梁的局部破坏;第三，横向框架梁提高了抗滑桩的整体稳定性，主要承受弯矩作用，为避免混凝土开裂应配置一定的受拉钢筋增加截面的抗弯性能。　　三、论文的主要创新点　　 1．考虑纵向联

关键词：框架式抗滑桩结构内力变形规律模型试验土拱效应相似理论

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框架式抗滑桩结构参数影响分析

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科协论坛(下半月) 2011年第8期 1-3页

作者：陈芳夏文才张秀刚王成中国地质大学工程学院上海宝冶建设集团

框架式抗滑桩在框架式抗滑桩的基础上,添加横向连系梁,使其较之传统抗滑桩能更有效的抵制支挡结构的变形。采用ANSYS软件建立能反映框架式抗滑桩空间效应的ANSYS三维有限元模型,研究其内力和变形特点,以三峡红石包工程为算例,研究各种... 详细信息

框架式抗滑桩在框架式抗滑桩的基础上,添加横向连系梁,使其较之传统抗滑桩能更有效的抵制支挡结构的变形。采用ANSYS软件建立能反映框架式抗滑桩空间效应的ANSYS三维有限元模型,研究其内力和变形特点,以三峡红石包工程为算例,研究各种因素对框架式抗滑桩工作机理的影响。

关键词：框架式抗滑桩空间协同作用桩土共同作用 ANSYS

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框架式双排抗滑桩结构性能研究

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长江科学院院报 2011年第11期28卷 91-95页

作者：钱同辉陈芳程周炳丁红星中国地质大学教育部长江三峡库区地质灾害研究中心武汉430074 中国地质大学工程学院武汉430074

为了解框架式抗滑桩桩土共同作用特征和阻滑能力,采用有限元技术,综合考虑滑体、滑床的物理力学参数及桩土界面参数等对桩土相互作用的影响,并结合长江三峡库区巴东县红石包滑坡治理工程,建立框架式抗滑桩的三维有限元计算模型。通过观... 详细信息

为了解框架式抗滑桩桩土共同作用特征和阻滑能力,采用有限元技术,综合考虑滑体、滑床的物理力学参数及桩土界面参数等对桩土相互作用的影响,并结合长江三峡库区巴东县红石包滑坡治理工程,建立框架式抗滑桩的三维有限元计算模型。通过观察框架式抗滑桩内力和位移的变化规律,研究桩、梁、土相互作用关系。计算结果显示:框架梁与前后双排桩变形协调一致,框架桩与桩间土体位移值基本相同,框架式抗滑桩与桩间土体构成了一个整体刚度较大的空间结构。此结果表明框架式抗滑桩具有等效连拱支挡作用和较大的刚度和稳定性。

关键词：框架式抗滑桩空间协同计算桩土共同作用有限元

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框架式抗滑桩的受力特性研究

框架式抗滑桩的受力特性研究

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作者：朝泽刚中国地质大学（武汉）

学位级别：硕士

抗滑桩在边坡治理中是应用比较多的一种支挡结构，它在各国滑坡治理中都具有举足轻重的地位。这种结构具有抵抗力大、桩顶位移小并且能有效的限制结构变形的优点，但是目前对于传统的抗滑桩的研究中桩土作用是相分离的，很少考虑桩土之... 详细信息

抗滑桩在边坡治理中是应用比较多的一种支挡结构，它在各国滑坡治理中都具有举足轻重的地位。这种结构具有抵抗力大、桩顶位移小并且能有效的限制结构变形的优点，但是目前对于传统的抗滑桩的研究中桩土作用是相分离的，很少考虑桩土之间的相互耦合作用。事实上，抗滑桩的受力机理比较复杂，桩梁土之间的作用是相互制约的，因此对于抗滑桩中土拱效应、桩梁共同作用以及土体抗力的进一步研究是十分必要的。\n 双排框架式抗滑桩考虑了桩间圈梁和连梁的协调作用和桩梁土的共同作用，这种简化模型是将前后排桩和桩间夹土以及圈梁和联系梁对于桩的作用视为一个整体，将前排桩和后排桩受到的土体的作用简化为了若干个弹性支撑，同时认为前排桩不仅受到主动土压力的作用而且还作用有由于后排桩的土体抗力而对前排桩产生的附加土压力。通过这种简化建立的基于空间协同作用的力学模型对框架式抗滑桩的内力和变形进行了全面的分析，分析结果对工程的应用具有一定的理论研究价值和实际参考意义。\n 本文考虑了空间协同效应，土拱作用给出了框架式抗滑桩的计算力学模型和数学模型，同时将这种计算原理应用于三峡库区巴东县红石包工程进行结构设计和验算。在对桩土共同作用下抗滑桩的设计和计算问题进行深入研究的基础上，我们可以得出如下一些结论：\n 1、结合国内外研究现状，从理论分析的方法出发，综合考虑土拱效应、圈梁及连系梁对框架式抗滑桩的空间协同作用建立了双排式抗滑桩的空间力学模型。根据理论计算结果表明，桩、圈梁和连梁在节点处均承受弯矩作用，并且连梁弯矩远大于圈梁，说明在前、后排桩和土体的共同作用下，连梁起到了很好的协同作用，同时也说明当滑坡推力一定时，这种协同作用可以有效的减小抗滑桩截面尺寸，降低造价。\n 2、在建立力学模型时考虑了桩间圈梁和连梁的协调作用和桩梁土的共同作用，模型将前后排桩和桩间夹土以及圈梁和联系梁对于桩的作用视为一个整体，将前排桩和后排桩受到的土体的作用简化为了若干个弹性支撑，同时认为前排桩不仅受到主动土压力的作用而且还作用有由于后排桩的土体抗力而对前排桩产生了附加土压力。理论分析中这部分由土拱作用和主动土压力共同作用产生的附加应力在求解方程时充当了外力的一部分抵消了滑坡推力的作用，这说明在双排式抗滑桩设计计算时考虑土拱的作用是合理的，同时也说明桩梁土能很好的协同工作。\n 3、从抗滑桩n取为五跨时得出的弯矩图可以看出，前排桩和后排桩的最大弯矩和剪力均出现在滑动面处，均出现了反弯点，都发生在滑动面以上三分之一位置附近，并且前排桩的反弯点略高于后排桩，说明抗滑桩在承受较大的推力作用时，后排桩承受了更大的弯矩。尽管圈梁和连梁的刚度较之抗滑桩要小得多，但在力的传递过程中也相应承受了较大的弯矩作用，说明传统上单靠单排桩承受的弯矩很好的通过力的协调作用有效的传递到了圈梁和联系梁上，同时进一步的说明桩梁土的空间共同协调作用。\n 4、由于用MATLAB软件编程时得出的是n为任意跨的框架式抗滑桩结构的内力，在尝试当n为三跨、五跨、七跨以至更多跨时，尽管所得出的桩顶弯矩会有较大的差异，但仔细观察能看出所有的弯矩值有先递减后增加的趋势，说明在滑坡治理时选取合适的n值能更好的起到抗滑效果。\n 5、在计算受荷段抗滑桩时，本文基于空间协同原理通过结构力学中位移法的方法建立了n跨抗滑桩的数学方程，然后通过MATLAB软件编程求解；而在计算锚固段抗滑桩时，本文引入了综合刚度法原理和双参数法概念，建立了基于双参数法和综合刚度法的抗滑桩的挠曲线微分方程。并采用有限差分法建立了锚固段桩身位移的控制差分方程，接着用MATLAB软件编写了在固定支撑条件下基于双参数法和综合刚度法的弹性抗滑桩的桩身位移和内力计算的有限差分通用程序，通过实例计算说明在基于空间协同作用原理下，采用综合刚度原理和双参数法可以得到可靠的桩身内力和位移。

关键词：框架式抗滑桩空间协同作用桩梁土相互作用土拱效应力学模型

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