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类软土滑坡工程特性及钢管压力注浆型抗滑挡墙的理论研究

作 者: 朱宝龙
导 师: 胡厚田
学 校: 西南交通大学
专 业: 岩土工程
关键词: 类软土 滑坡 钢管压力注浆型抗滑挡墙 剪切蠕变 有限元强度折减 等效抗弯刚度 地基反力法(m法) 效果检验
分类号: TU476.4
类 型: 博士论文
年 份: 2005年
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内容摘要


近年来,在我国山区铁路、公路建设中,常遇到一种分布在斜坡上的软弱土,它与海相、湖相等沉积的软土的物理力学指标类似,但在形成原因、分布范围、物质组成及其它特性上又有所区别,为此称其为“类软土”,它是指炭质页岩、炭质灰岩、炭质泥岩等一套含炭的黑色软质岩及其风化产物,在特殊的工程地质条件和气象、水文地质条件下形成的饱水层,受长期浸泡软化或间有微生物作用而形成的坡残积、坡崩积和坡洪积“软土”。 本文以北京—珠海高速公路粤境南段K108类软土滑坡为例,通过现场试验、室内试验、现场监测、理论研究及数值模拟等方法,对类软土的工程特性进行了较为系统地研究,并对与类软土滑坡相适应的新的支挡结构——钢管压力注浆型抗滑挡墙从设计计算理论、施工工艺等方面进行了研究,取得了以下主要结论和成果: (1) 系统地总结了类软土滑坡典型的工程特性。对K108类软土滑坡的地层岩性、构造特征、水文地质特征及滑坡产生原因、过程进行了分析。 (2) 通过室内试验,研究了类软土的物理力学性质,给出了各项指标的典型值;得出了确定类软土的指标界限值,其天然含水量、孔隙比、压缩系数、天然快剪强度等指标与一般沉积软土类似,仅含水量略小于液限:研究得出类软土具有弱—中的膨胀性;同时,研究了类软土的触变性,得出其触变试验曲线。 (3) 通过对多个类软土试样进行详细的扫描电镜(SEM)观察,得出类软土具有以下四种主要的微观结构:絮凝结构、定向排列(层流)结构、紊流结构及复合式结构。 (4) 通过室内单轴剪切蠕变试验,研究了类软土的蠕变特性。得出类软土在不同正应力条件下不同含水量的剪应力—应变—时间关系,应用Burgers体模型方程对蠕变试验结果进行拟合,得出了不同正应力下的流变力学参数;同时,得出类软土原样与重塑样在三种不同含水量条件下的类软土的长期强度。 (5) 应用化学热力学理论,对类软土的成因及成土化作用进行了分析。讨论了类软土中黏土矿物的形成与演化;提出了类软土的成因模式。 (6) 对K108类软土边坡稳定性进行了有限元分析。首先,介绍了有限元强度折减法技术的原理,定义了边坡的破坏标准及土体的本构关系、屈服准则;其次,应用有限元强度折减技术对K108类软土路堑边坡进行了模

全文目录


第1章 绪论  14-31
  1.1 选题依据及研究意义  14-16
  1.2 国内外研究现状  16-28
  1.3 论文研究思路、研究内容及技术路线  28-31
第2章 K108类软土滑坡工程特征  31-44
  2.1 滑坡的工程地质条件  31-36
    2.1.1 地形地貌  31
    2.1.2 地层岩性  31-32
    2.1.3 断层  32-34
    2.1.4 水文地质特征  34-36
  2.2 滑坡变形过程  36
  2.3 滑动带的确定  36-39
  2.4 滑床形状的确定  39
  2.5 滑坡推力计算  39-40
  2.6 K108滑坡主要整治工程  40-42
    2.6.1 截排水隧洞作用  40-41
    2.6.2 钢管压力注浆型抗滑挡墙  41-42
  2.7 小结  42-44
第3章 类软土的工程性质  44-60
  3.1 土的分类  44-45
  3.2 一般软土的定义及其工程性质  45-47
    3.2.1 软土的基本工程特性  46-47
    3.2.2 软土的物理力学指标  47
  3.3 类软土的定义  47-48
  3.4 类软土物质组成  48-50
    3.4.1 类软土的粒度成分  48
    3.4.2 类软土的矿物成分和化学成分  48-50
  3.5 类软土的微观结构  50-53
    3.5.1 土中颗粒种类及其特征  50
    3.5.2 类软土的微观结构  50-52
    3.5.3 微观结构对工程性质的影响  52-53
  3.6 类软土的基本物理力学指标  53-55
  3.7 类软土的其它物理力学性质  55-59
    3.7.1 类软土的膨胀性  55-57
    3.7.2 类软土的触变性  57-59
    3.7.3 类软土的流变性  59
  3.8 小结  59-60
第4章 类软土单轴剪切蠕变试验研究  60-72
  4.1 线性粘弹性Burgers体的本构方程  60-63
    4.1.1 微分状态方程  60-61
    4.1.2 Bu体蠕变方程  61-62
    4.1.3 蠕变常数的确定  62-63
  4.2 试验方法及条件  63-69
    4.2.1 单剪蠕变试验资料整理  64-68
    4.2.2 类软土蠕变模型的选择及流变力学参数的确定  68-69
  4.3 类软土长期强度的确定  69-71
  4.4 小结  71-72
第5章 类软土风化成因分析  72-78
  5.1 类软土成因概况  72-73
  5.2 类软土风化成因分析  73-77
    5.2.1 风化作用  73-76
    5.2.2 微团粒化作用  76
    5.2.3 成土化作用  76-77
    5.2.4 粘土矿物成因及演化  77
  5.3 小结  77-78
第6章 类软土边坡稳定性研究  78-93
  6.1 计算原理  78-85
    6.1.1 土体的本构模型  79-80
    6.1.2 破坏标准的定义  80-83
    6.1.3 弹塑性有限元计算要点  83-84
    6.1.4 开挖荷载的数值处理  84-85
  6.2 K108类软土边坡稳定性分析  85-92
    6.2.1 类软土路堑边坡稳定性分析  85-90
    6.2.2 类软土路堑边坡开挖模拟  90-92
  6.3 小结  92-93
第7章 钢管压力注浆型抗滑挡墙的设计计算  93-122
  7.1 钢管压力注浆型抗滑挡墙的定义  93
  7.2 有限元计算微型桩的力学模型  93-107
    7.2.1 桩的离散化  95-96
    7.2.2 单元分析  96-101
    7.2.3 算例  101-103
    7.2.4 微型桩桩排间力的分配  103-107
    7.2.5 微型桩的设计  107
  7.3 钢管压力注浆型抗滑挡墙的设计计算  107-121
    7.3.1 抗滑挡墙的内力计算  107-118
    7.3.2 抗滑挡墙强度验算  118-119
    7.3.3 抗滑挡墙稳定性验算  119-120
    7.3.4 钢管压力注浆型抗滑挡墙的设计方法  120-121
  7.4 小结  121-122
第8章 钢管压力注浆型抗滑挡墙施工工艺  122-136
  8.1 钢花管压力注浆桩设计参数  123-125
  8.2 钢花管注浆施工工艺  125-135
    8.2.1 注浆参数  125
    8.2.2 钢花管注浆工艺流程  125
    8.2.3 钢花管加工  125-128
    8.2.4 钻机钻孔  128-129
    8.2.5 钢花管入孔  129-130
    8.2.6 注浆  130-131
    8.2.7 注浆特点  131-135
  8.3 小结  135-136
第9章 钢管压力注浆型抗滑档墙加固效果检验  136-146
  9.1 注浆加固效果检验  136-143
    9.1.1 现场开挖验证  136-137
    9.1.2 取样室内试验分析  137
    9.1.3 动力触探试验对比分析  137-139
    9.1.4 注水试验结果对比分析  139-141
    9.1.5 PS波速测试结果对比分析  141-142
    9.1.6 旁压试验结果对比分析  142-143
  9.2 测斜孔位移监测  143-145
  9.3 小结  145-146
结论  146-152
致谢  152-153
参考文献  153-163
攻读博士学位期间发表的论文及科研成果  163

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 土力学、地基基础工程 > 地基基础 > 特殊形式基础 > 挡土墙
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