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连续桩键结构加固阻滑机理和工程应用关键技术研究

郑轩  
【摘要】: 本文针对常规单体支挡结构在某些特定情况下的应用局限性问题,提出了连续桩键结构这一适用性更强的新型阻滑结构措施,即顺滑坡滑动方向,沿滑带连续开挖多级地下平洞和竖井并置换为钢筋混凝土,从而形成由多级平肢和竖肢首尾相连的“台阶”型阻滑结构型式,以充分发挥整体加固和支挡作用,起到抗滑效果。 鉴于目前缺乏连续桩键结构的应用经验与实测数据,也没有成熟的分析理论和计算方法,因此,本文围绕连续桩键结构的工程应用,采用数值分析方法对结构的抗滑机理、加固效果和主要设计参数影响进行了较为深入的分析研究;同时根据理论分析和工程实践对结构实施关键技术因素进行了综合研究总结;并将连续桩键结构成功应用于在笔者参与设计的三峡库区猴子石滑坡续建治理工程实践。论文主要研究内容和结论如下: (1)选取了适当的滑坡和连续桩键结构物理模型,并据此建立了基于FLAC程序的平面应变数值分析模型,岩土体材料采用理想弹塑性摩尔—库仑本构模型,连续桩键结构采用桩单元模拟,基于强度折减法求解滑坡体的稳定安全系数和极限状态的力学状态指标。分别模拟计算了对应不设连续桩键结构、设置连续桩键结构和设置常规抗滑桩结构三种工况条件,结构与滑坡岩土体的各项作用效应指标。 (2)通过对比不设置结构和设置连续桩键结构情况下,数值模拟的滑坡体剪应变增量、位移矢量、塑性区分布和稳定安全系数指标,认为连续桩键结构的内在抗滑机理主要体现于有效减小滑带区域剪切变形量、降低塑性区发展程度、阻滞滑坡体整体位移,调动滑体区域岩土体抗力、改善滑床基岩应力状态等方面,而其外在抗滑机制则对应于结构能有效加固设置区域岩土体和充分发挥整体抗滑支挡这两种作用。据此推断,连续桩键结构结合了阻滑键和抗滑桩结构型式的综合功能,对滑坡治理工程有更广泛的适用性。 通过对比连续桩键结构和抗滑桩结构的轴力、剪力和弯矩等内力分布和位移矢量计算指标,发现连续桩键结构承受了剪切、弯曲和拉压的复杂内力状态,其变形量较小且均匀,整体受力特点十分突出,认为连续桩键结构的相互连接牵制作用优化协调了结构的受剪和受弯效果,并使轴向支撑作用更加显著,变形协调能力较强,处于良好的工作状态。 (3)对桩体截面尺寸、结构横向排距、结构布置分级体型、结构材料强度及滑带土抗剪强度指标等主要设计参数进行了抗滑作用效果的影响研究。根据数值模拟的滑坡岩土体的剪应变增量、塑性区、位移矢量和结构弯矩、水平位移等作用效应指标的变化规律,认为各参数均会对结构加固阻滑效果造成影响,由于作用机理不同,其影响方式不同、程度不一、趋势也不一致;相对而言,滑带土抗剪强度指标和结构布置分级体型的影响最显著,而结构材料强度的影响最不敏感。 (4)根据理论分析和工程实践,分别从结构布置方式、关键施工技术、效果监测措施和关键构造措施等四方面,对连续桩键结构的实施关键技术因素进行研究和总结。总结认为:结构布置方式应遵循动态设计、信息化施工的实施原则;追踪滑带确定洞井的定位方法;分级平行施工,由平洞至竖井的开挖程序和不同洞井的功能分类。关键施工技术主要体现于维护施工期洞室稳定,保护围岩完整性和保证结构混凝土回填质量三方面。效果监测措施主要包括滑坡体变形监测、结构受力状态监测和地下渗流监测等三方面内容。关键构造措施主要体现于钢筋套管连接工艺、快速承力锚杆和洞顶回填灌浆三项措施。 (5)连续桩键结构被首次应用于三峡库区猴子石滑坡续建治理工程实践,宏观迹象和监测数据表明,滑坡目前处于稳定运行状态且结构受力良好。为保证滑坡及结构的安全运行,要坚持开展长期的连续监测工作,以准确监控和正确反映滑坡运行状况和连续桩键结构受力特性。


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