三峡库区万州区滑坡抗滑桩设计研究

【摘要】： 三峡库区是我国滑坡最发育的地区之一，而万州区是三峡库区滑坡较集中分布的区段。库区蓄水后水文地质条件的变化必然改变或恶化滑坡的地质环境，为此国家近年投入大量的费用，对三峡库区滑坡进行集中勘察和治理。万州区滑坡治理大量使用抗滑桩，论文收集了万州区二期、三期大量的工程治理设计实例，在对滑体和滑床岩土体物理力学性质的分析和实验基础上，重点研究了滑坡推力的分布模式、抗滑桩嵌岩深度的计算、滑床地基系数的分布及抗滑桩极限状态设计法，这些研究对于该地区滑坡设计有较重要指导作用。主要研究工作包括以下几方面内容： 1、滑坡推力分布模式的研究。总结了万州区滑坡抗滑桩设计现状，讨论了抗滑桩上滑坡推力的几种分布模式，验证了“规范法”和“潘家铮法”两种不同水压力计算方法的等效性，并解释了“简化潘家铮法”计算存在误差的原因。介绍了用有限元强度折减法计算滑坡推力的原则，及用有限元强度折减法得到滑坡推力、滑坡推力的分布、弯矩、剪力的方法。以二层岩滑坡为例，比较了用极限平衡法和有限元强度折减法两种方法计算滑坡推力及抗滑桩内力结果，证明了有限元法强度折减法计算滑坡推力和模拟滑坡推力分布的合理性，并用有限元折减法得到滑坡推力随参数变化的不同分布。 2、抗滑桩嵌岩深度的研究。抗滑桩嵌岩深度与岩体的质量有关，统计了万州城区20个滑坡抗滑桩嵌岩段岩石的物理力学性质参数，开展了岩石的物理力学性质试验研究，得到了万州区滑坡抗滑桩嵌岩段地基的横向容许承载力范围及岩体的质量等级，即粉砂质泥岩及粘土岩质量等级为Ⅳ～Ⅴ级，泥质砂岩、长石石英砂岩质量等级为Ⅲ～Ⅴ级。推导了滑面倾斜时抗滑桩嵌岩深度的弹塑性计算公式，以吴家湾滑坡为例，得出了桩前岩体弹塑性区的临界高度，讨论了弹塑性区临界高度与滑面倾角、桩前岩土体的抗力及强度参数之间的关系。以二层岩滑坡为例，给出了嵌岩段有强风化基岩、嵌岩段为土层或岩土混合时抗滑桩嵌岩深度的计算方法。 3、抗滑桩地基系数的研究。介绍了地基系数的定义及获取地基系数的试验方法，讨论了影响地基系数的几个因素，指出了查地基系数表存在的几个问题，给出了不同地基系数分布下抗滑桩内力计算的通解。以二层岩滑坡为例，比较了不同地基系数分布模式下抗滑桩内力的计算，提出了万州区滑坡抗滑桩按“m”设计法较适宜的结论。 4、抗滑桩极限状态设计法的研究。基于万州区滑坡抗滑桩嵌岩段岩体的质量等级，讨论了桩底不同假设支撑条件的区别，指出了桩底固定支撑边界条件在万州区滑坡抗滑桩设计中不适用，当抗滑桩桩底为碎石土时，桩底假设自由支撑较适宜，当抗滑桩桩底为岩石时，桩底假设铰支撑较适宜。讨论了刚性桩与弹性桩的区别，工程实例证明了万州区滑坡抗滑桩设计采用弹性桩计算方法较适宜。提出了锚拉桩应用于水库库岸滑坡的存在的三个关键问题，即锚索预应力的确定的问题、锚索拉力的变化问题、锚索预应力损失问题，以吴家湾滑坡为例，用长期荷载来确定锚索预应力，增加的短期荷载通过抗滑桩与锚索的协调变形解决，预应力太大，使抗滑桩在不利的受力状况下工作。剖析了抗滑桩上荷载效应问题，并分别建立了抗滑桩受弯破坏，受剪破坏，嵌岩段桩侧岩土体受压破坏的极限状态方程。总结了影响抗滑桩极限状态设计的三个因素：外界荷载变量、材料特性、几何参数，并指出了抗滑桩极限设计法中最重要的是把握嵌岩段岩土体的材料特性，包括地基系数，单轴抗压强度，岩层的构造，岩层的裂隙、风化及软化程度等因素。