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《广西大学》 2012年
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高压旋喷桩处理边坡稳定性的有限元分析

陈天愿  
【摘要】:边坡稳定分析方法中的定量分析可以分为确定性方法和非确定性方法,而确定性方法中应用较多的为极限平衡法和数值分析方法。极限平衡法由于其简单易用,对简单边坡其计算精度也较高,在边坡的稳定性分析中占有很大的比例,但由于需事先假定边坡的滑裂面,对土条间的作用力和作用方向也作了较大的假定,故其应用受到很大的限制。而有限元强度折减法不需事先假定滑动面,对复杂边坡的求解也不受限制,还可求得滑体内部及滑动面上的真实内力、位移及变形等而成为近年来有限元研究边坡稳定性的热点。 目前国内外边坡常采用的加固方法有削坡卸载、压坡脚、抗滑桩、抗滑土挡墙及注浆加固等,高压旋喷桩作为注浆加固的一种因在加固软弱土层的边坡中具有良好的效果而越来越广泛地应用于工程中。本文以长洲水利枢纽扩建三线、四线船闸中形成的大量高大边坡为背景,利用有限元强度折减法及ABAQUS有限元软件,选取其中一危险边坡,对高压旋喷桩加固该边坡进行有限元模拟,以探究高压旋喷桩这类半刚性桩在加固边坡稳定性中的作用机理及与刚性抗滑桩在加固边坡稳定性中差异。 有限元边坡模拟常将刚性抗滑桩假定为线弹性模型,并且在边坡的计算过程中只对土体的强度进行折减而抗滑桩强度则保持不变。而本文在进行高压旋喷桩加固边坡的数值模拟过程中,边坡土体及桩体均选用了Mohr-Coulomb弹塑性模型,并在计算过程中两者都随场变量同步折减,至模型计算不收敛为止,以边坡的特征部位的位移拐点作为边坡失稳的评判准则。 本文分别对加固前的天然边坡、全埋式高压旋喷桩(嵌入全风化花岗岩深度为1m和5m)及埋入式高压旋喷桩按桩土分算指标进行三维有限元模拟,分析结果表明: 1.高压旋喷桩加固有软弱土层的边坡能起到较好的加固效果,桩体在边坡破坏过程中呈剪切破坏状态。 2.加深高压旋喷桩在滑裂面以下滑床的嵌入深度并不能有效的提高边坡的稳定性。 3.当采用埋入式高压旋喷桩只对边坡软弱土层或潜在滑裂面进行加固时,边坡的稳定性并没有明显的降低。 除了进行三维模拟计算外,本文还将高压旋喷桩加固区域简化为平面应变问题,分别按桩土复合指标和桩土分算指标进行模拟计算,结果表明两者的稳定系数是一样,但比三维模型的稳定系数略大;滑裂面桩土复合指标与天然边坡相似,呈一大圆弧状,而桩土分算指标与桩体加固边坡的三维结果相似,呈圆弧与折线型的组合面。由此可知在分析高压旋喷桩加固边坡稳定性中,将复杂的三维问题简化为二维平面应变问题的合理性及可行性,能为其它类似的工程提供一定的理论依据。
【学位授予单位】:广西大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TU473.1

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