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《清华大学》 2008年
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土坡中抗滑桩抗震加固机理研究

李荣建  
【摘要】: 抗滑桩是边坡加固的常用措施之一,地震作用及其诱发饱和地基液化往往导致加固结构破坏及滑坡;因此,研究边坡内抗滑桩抗震加固机理具有重要的学术意义与实用价值。本文研制了微混凝土抗滑模型桩,进行了一系列抗滑桩加固边坡的动力离心模型试验,开发了大变形三维动力固结有限元程序并对模型试验相应的原型进行了数值模拟分析,取得了以下主要研究成果: 1.研制了更加严格满足相似关系的微混凝土抗滑模型桩,使之可以较好地反映原型钢筋混凝土桩动力响应和破坏特点,克服了采用高强度替代材料制作的模型桩在相似关系方面存在的问题,拓宽了微混凝土模型桩的应用范围。 2.根据动力离心模型试验结果研究了无水条件下的边坡抗滑桩抗震加固效果及动力响应特点:桩径从小到大变化时,抗滑桩由静力断桩破坏到静力稳定动力断桩,再到桩体呈弹性动力响应,边坡变形和自振周期相应地由大逐渐减小,加固效果逐渐增强,抗滑桩内弯矩时空分布发生了本质性的变化。高桩位可更有效地发挥抗滑桩承载能力,抑制了坡顶地震变形,但坡脚位移相对较大;中桩位时坡顶位移较大,但坡脚位移较小。 3.根据动力离心模型试验结果分析了饱和地基条件下无加固边坡与抗滑桩加固边坡的地震动力响应特点:前者由于饱和地基液化导致坡脚滑动,诱发边坡整体产生较大变形;后者虽然坡脚产生局部滑动,但由于抗滑桩加固效果良好,边坡变形相对较小,加固边坡整体较为稳定。与无水时相比,有水时抗滑桩动力附加弯矩增幅较大;与低水位时相比,高水位条件下发生了滑坡和断桩;表明水位条件对边坡抗滑桩受力及加固效果的影响较为显著。 4.利用Pastor-Zienkiewicz III广义塑性本构模型和饱和砂土固液两相体耦合动力固结理论,开发了大变形动力固结三维有限元程序。首先利用该程序对典型模型试验相应的原型进行了模拟,通过数值计算结果与试验结果的对比验证了所开发程序的可靠性。然后通过数值计算拓展了位移和超静孔压分布等动力响应信息,结合试验结果深入研究了地震过程中桩-土运动相互作用规律以及抗滑桩抗震加固机理。计算还可预测边坡抗滑桩动力断桩及断桩时刻等。
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