资源描述：
《抗滑桩与土相互作用分析与优化设计.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、GEOTECHNICALENGINEERINGWORLDVOL.11No.7*抗滑桩与土相互作用分析与优化设计123杨令强孙春阳杨克坤(1.济南大学土木建筑学院2.潍坊市公路局华潍监理处3.山东水利设计院)摘要采用Drucker-Prage模型描述土的非线性特性,接触单元模拟桩和土之间的相互作用,Mohr-Coulomb准则定义点的安全系数,剪应变脊线确定滑动线的位置,进而根据强度准则求解边坡稳定系数,利用非线性有限元程序计算了桩的受力、桩的埋深和安全系数的关系分析了土拱效应的形成机理及影响因素。指出土质边坡滑坡推力和剩余抗滑力为三角形分
2、布,岩质边坡为非线性分布,提出了通过稳定系数确定桩的埋深和间距的方法。关键词抗滑桩土拱效应优化设计抗滑桩是凭借桩与周围岩土的共同作用,将滑1所示,计算土拱效应和水平间距时取滑动面处的坡体的推力传递到滑动面以下的稳定地层,利用稳水平断面,计算模型如图2所示。地基采用Drucker定地层的锚固作用和被动抗力来平衡滑坡体的推-Prage弹塑性模型,桩与土之间设置接触单元。[1]力。设计的关键在于确定桩的合理受力形式、桩表1边坡材料参数表的埋深和桩的间距,目前国内计算抗滑桩主要依据容重弹性模量泊松比材料粘土经验,首先假定滑坡的推力和剩余抗滑力,然
3、后依据/t#m-3/MPaC/kPa[2]力的平衡和经验确定桩的埋深和间距。未考虑1.68350.41624泥岩2.1150000.327500桩土之间的相互作用和土拱效应对滑体的阻挡作用。并且抗滑桩的受力非常复杂,再加上土的非线[3]性性质,因此桩效应的发挥与多种因素有关。本文利用非线性有限元程序对抗滑桩间土拱效应的产生机理进行了研究,用接触单元模拟桩与土之间的相互作用,Drucker-Prage模型描述土的非线性特图2合理桩间距计算模式图性,分析了桩间距、土体内摩擦角、粘聚力、弹性模量等因素对桩的受力、土拱效应和桩土荷载分担比的1.1
4、接触单元影响,把桩的埋深和边坡的安全系数联系起来,提出由于桩与土的变形及强度特性相差较大,在外确定桩埋深和间距的方法。力作用下,其界面必定会产生相对错动、滑移或开裂。为了模拟这些物理现象,在防渗墙和土这两种1计算模型[4]性质差别很大的材料之间设置接触单元,单元的本文以山东沂河某边坡为例,边坡上层为沙质摩擦力fs和法向力fn为:e粘土,厚3~4m,下层为泥岩,边坡岩体的材料参数ku粘性阶性tsfs=(1)如表1所示。分别考虑边坡材料力学性质对桩的影fcs滑动动阶响,在此基础上提出桩的合理间距;分析桩的滑坡推knv,v<0力和桩的剩余抗滑力
5、时取垂直断面,计算模型如图fn=(2)0v>0式中:kn为粘结系数,fs库仑摩擦类型的静态摩擦限值(fcs=Lfn),L为摩擦系数。kn为法向接触刚度,eus单元的切向位移,v接触点对的距离。1.2边坡的本构关系图1桩受力及锚固深度计算模式图[5]边坡的应力-应变关系用D-P准则,准则1收稿日期22007-12-27*济南大学博士基金B0533.26岩土工程界第11卷第7期函数为:力和剩余抗滑力都增大,土质边坡为三角形分布,岩f=AI1+J2-K=0(3)质边坡逐渐变为非线性分布(图3、4)。式中:I1位应力张量的第一不变量,J2为应力偏
6、量的第二不变量。3tanUA(4)234#tanU+33#CK(5)234#tanU+3式中:C为凝聚力,U为内摩擦角。1.3地基强度准则及点安全系数的定义土体单元剪切破坏的表达式采用广义应力表示图3弹性模量对滑坡推力的影响曲线[6]的Mohr-Coulomb准则。0当H=0时(拉子午线)6sinU6CcosUq=p+(6)3+sinU3+sinU0当H=60时(压子午线)6sinU6CcosUq=p+(7)3-sinU3-sinU式中:p=(R+2R)/3(8)图4弹性模量对剩余抗滑力的影响13q=(R1-R3)(9)2.2抗滑桩锚固深
7、度的确定拉伸剪切破坏的安全系数为在抗滑桩设计中,确定合适的锚固深度至关重6psinUK=(10)q(3+sinU)要,锚固深度不足,抗滑桩不足以抵抗滑体推力,容剪切破坏的安全系数为易引起桩的失效;锚固过深则导致工程量的增加和6psinU施工的困难。通常情况下,锚固深度根据滑面以下K=(11)q(3-sinU)桩的最大横向压应力小于或等于地基横向容许承载力来确定。但是由于桩的作用,边坡的形状已发生1.4滑动面的确定及稳定系数的计算了变化,滑动面的位置也发生了变动,因此桩的锚固深度应和滑裂面的位置和边坡的安全系数联系起根据边坡剪应变等值线的脊
8、线求出滑裂面的位[7]来,如果边坡的安全系数要求高,桩的埋深自然深,置,然后按式(12)求稳定系数。反之亦反,滑动桩的深度与边坡的安全系数如图5Ks=KQidldl(12)lQl所示,可以看出
