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微型桩支挡结构地震动力特性试验研究

牛文庆  
【摘要】:我国西部地区多处于高烈度地震区和地震频发区,地震引发的边坡稳定性问题相当突出。随着国家西部大开发、一带一路战略的实施,边坡工程抗震问题的研究显得极为迫切。微型桩是一种施工方便和环境影响小的新型边坡支挡结构,它属于柔性结构,延性较好,在地震中发生弯曲变形,耗散能量多,能有效地避免脆性破坏的发生,在边坡抗震抢险中常被优先使用。微型桩动力特性试验研究是边坡工程抗震研究的一个重要方面。研究微型桩在地震作用下的内力特性可以为提高边坡支挡结构抗震性能的研究打下基础,促进国家防震减灾事业的发展。本文依托甘肃省自然科学基金项目(145RJZA068)《地震滑坡稳定性评价方法及新型防治结构研究》和青海省交通建设科技项目(2010-03)《青海玉树地震滑坡(公路)治理与边坡灾害防治技术研究》两项科研项目,以“人”字形体系微型桩和平行体系微型桩为研究对象,通过大型振动台模型试验和动力特性数值模拟,研究了地震作用下边坡坡体及两类体系微型桩的变形特征、两类体系微型桩的土压力分布特点和内力分布特点。比较得到“人”字形体系微型桩较平行体系微型桩抗震承载能力更高、抗变形的能力更强和抗震效果更佳。结合现有的抗震理论和工程经验提出了微型桩的抗震设计。研究得出的主要结论有:1)边坡在地震作用下的变形最先开始于坡体后缘的张拉裂缝,在地震作用下坡体中竖向张拉裂缝较多,剪切裂缝较少,水平地震作用对坡体的变形影响较大;2)水平地震作用对微型桩土压力和内力影响较大,地震波峰值加速度小于0.4g时,竖向地震作用对微型桩土压力和内力的影响较小。地震波峰值加速度大于等于0.4g时,竖向地震作用对微型桩土压力和内力的影响较大;3)两类体系微型桩在地震作用下,山侧土压力滑面以上为“K”形分布,滑面附近土压力最大,滑面以下为倒梯形分布。中间侧土压力滑体中部以上为梯形分布,滑体中部以下为“K”形分布。河侧土压力“人”字形体系微型桩呈现为梯形分布,平行体系微型桩呈现为滑面以上为“K”形分布,桩顶附近土压力最大,滑面以下为梯形分布。“人”字形体系微型桩同平行体系微型桩相比山侧土压力较大,中间侧和河侧土压力均较小;4)两类体系微型桩在地震作用下弯矩呈现“S”形分布特点,剪力呈现“”分布特点,轴力呈现山河两侧桩“一拉一压”的分布特点。“人”字形体系微型桩同平行体系微型桩相比呈现弯矩大、剪力小、轴力大和桩顶位移小的特点;5)设防烈度大于等于9度时应该计算竖向地震作用,在微型桩的抗震设计中应重视抗震概念设计,提高微型桩的抗震延性。


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