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抗滑桩优化设计与滑坡治理有限元分析

作　者: 朱少荣
导　师: 刘佑荣
学　校: 中国地质大学
专　业: 环境工程
关键词: 抗滑桩优化设计滑坡土拱桩间距有限元法理想弹塑性本构关系 ANSYS
分类号: P642.22
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
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内容摘要

滑坡是一种相当普遍的自然灾害，通常伴随着地震的发生而发生。人为的削坡、修建堤坝、地下工程的开挖、水库蓄水等原因是导致滑坡的重要原因，于是对滑坡进行研究成为学者们的重要课题。经过多年的工程实践和理论研究，滑坡防治的研究各个方面都取得了很大成就，其中支挡抗滑结构的发展应用尤为迅速。抗滑桩作为一种支挡抗滑结构物而广泛应用于滑坡及边坡的稳定性治理中。但抗滑桩设计计算理论还不成熟。传统设计计算理论采用了许多假设，在不同程度地回避了桩-土间相互作用的全面分析。如地基系数法把土体对桩的作用等复杂因素，通过文克尔假定简化成单纯的地基系数作用于桩上。而其它的几种塑性理论或极限理论，也是要么假定桩为刚性体，要么假定桩土体系达到极限平衡。所以，这些设计计算理论本质上都未能彻底分析桩-土相互作用力学机制。目前的有限元分析主要集中在抗滑桩本身或滑坡原始状态的分析，对滑坡在采用抗滑桩治理后的位移、应力、应变、稳定性等的分析很少。文章针对这些问题，结合兴山县高阳镇制氧厂滑坡治理工程实例进行了以下几个方面的研究：第一，论述了抗滑桩与岩土体之间的作用规律；第二，针对抗滑桩设计的各个环节进行优化；第三，对抗滑桩治理滑坡的有限元理论进行了阐述；第四，结合工程实例，将理论应用在实际工程中。得到了如下的研究成果。 1．对于抗滑桩与岩土体的相互作用规律，重点是利用土拱理论对滑坡推力传递机理进行了论述。土拱理论认为滑坡推力是通过滑坡中形成的土拱逐级向下传递的。当桩间土拱不向下块滑坡体传递滑坡推力，桩间土拱上滑坡推力全部由两侧的抗滑桩来承受。当土拱上作用的滑坡推力有一部分传递到下面的土体上，此时作用于抗滑桩上推力只是滑坡推力没有向下传递的一部分。 2．计算抗滑桩的设计推力时，应考虑抗滑桩对桩后岩土体作用力。假定抗滑桩对桩后岩土体的作用力为P₁=ηP，则抗滑桩上的推力为P／1-η。由于抗滑桩应承担的载荷与上一条块的滑动面平行，所以认为抗滑桩的设计推力P_d=Pcosα／1-η。 3．对于桩间距的确定，由土拱理论分情况得到不同求解公式。对于桩位的确定，认为在滑坡稳定区内，设桩处推力差值最小点即为抗滑桩的合理位置。此外根据滑坡传递规律，也可以进一步确认桩位的合理性。这些理论在制氧厂滑坡治理抗滑桩设计之中得到应用。 4．阐述了边坡有限元分析理论，认为岩体是理想弹塑性材料，服从德鲁克-普拉格（Drucker-Prager）屈服准则，满足相关流动法则G=f。满足A≡0硬化规律，最后得到增量理论描述的本构关系，以J一脚卜风J;认为桩结构物是弹性材料，应力应变关系服从虎克定律，{。}=【D】{:}，【Dl为弹性矩阵。接触面和滑动面采用无厚度Goodman节理单元模拟，{口}=【D’』{e}。 4.对ANSYS中非线性弹塑性问题的求解方法进行了总结，分析其优缺点。 5.通过有限元软件ANSYS分析，对滑坡治理效果作出了评价。分析结果表明，若不治理，滑体的位移及应力场都是令人担忧的，其灾害性也明显的。但通过设置抗滑桩后，位移及应力增大趋势得到了控制，这说明治理效果良好。关键词:抗滑桩优化设计滑坡土拱理想弹塑性本构关系ANSYS桩间距有限元法

全文目录

第一章绪论  11-16
  §1．1 课题来源及目的  11-12
  §1．2 抗滑桩的发展研究现状  12-14
    1．2．1 概述  12-13
    1．2．2 抗滑桩的研究现状  13-14
  §1．3 有限元法在滑坡工程中应用研究现状  14-15
  §1．4 研究思路  15-16
第二章抗滑桩与岩土体相互作用研究  16-24
  §2．1 试验研究  16-17
  §2．2 滑坡推力传递机理分析  17-22
    2．2．1 土拱形状及受力分析  17-18
    2．2．2 土拱传力分析  18-22
  §2．3 滑坡推力和桩前滑体抗力分布图式  22-24
第三章抗滑桩优化设计  24-35
  §3．1 抗滑桩设计步骤及要求  24-25
  §3．2 抗滑桩桩后推力的确定  25-27
  §3．3 抗滑桩合理位置的确定  27
  §3．4 抗滑桩桩间距的确定  27-30
  §3．5 锚固深度及桩底支承条件的确定  30-31
  §3．6 抗滑桩内力计算  31-35
    3．6．1 滑动面以上抗滑桩的位移及内力分析  32
    3．6．2 滑动面以下抗滑桩的位移及内力分析  32-35
第四章抗滑桩治理滑坡的有限元分析  35-43
  §4．1 有限元模型的建立  35-40
    4．1．1 岩土体的数值模拟  35-39
    4．1．2 桩结构的数值模拟  39
    4．1．3 接触面和滑动面的数值模拟  39-40
  §4．2 非线性弹塑性问题的解法  40-41
  §4．3 有限元分析的步骤  41-43
第五章工程实例分析  43-55
  §5．1 滑坡区地质概况  43-44
  §5．2 抗滑桩优化设计  44-48
    5．2．1 抗滑桩桩位及桩后推力的确定  44-46
    5．2．2 抗滑桩桩间距的确定  46-47
    5．2．3 抗滑桩内力计算  47-48
  §5．3 抗滑桩治理滑坡的有限元分析  48-55
    5．3．1 计算模型的确定  48
    5．3．2 计算参数的选取  48-49
    5．3．3 网格剖分与计算工况的选择  49
    5．3．4 模拟结果分析  49-55
第六章结论与建议  55-57
致谢  57-58
参考文献  58-59

抗滑桩优化设计与滑坡治理有限元分析

内容摘要

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