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三峡库区以滑坡为主的地质灾害问题长期以来被国内外广泛关注,大部分滑坡遍布于沉积岩分布区,其中滑床为复合近水平层状岩体多以侏罗系地层发育为主,往往在边坡加固及滑坡治理工程中造成抗滑桩嵌固段位于多层复合岩体的工况。设计指南及教科书多将滑床多层岩体等效为均质岩体或建议采用地基系数面积换算法等传统方法来进行桩体内力计算,其计算公式繁杂且不易于理解和接受,考虑滑床不同岩性特性对抗滑桩受力特性的影响研究成果还不够深入。
库区内侏罗系地层是典型的砂岩、泥岩软硬相间地层,本文以三峡库区某滑坡治理工程为背景,结合弹性地基梁计算方法为理论基础建立力学模型,兼顾计算操作简单易被接受的原则,基于滑床岩体层间分界处桩体变形协调原理,通过在层间分界处建立变形协调方程,以保证桩身内力与变形的连续性,以理论分析、数值模拟分析开展研究,主要工作及成果如下:
(1)总结了传统抗滑桩设计计算方法、滑坡推力分布形式、桩位和桩间距、设计参数确定方法及不足之处,为本文力学模型的建立及抗滑桩内力与变形计算提供参考。
(2)基于传统方法不足之处,建立嵌固于多种地层的弹性抗滑桩受力力学模型,并以考虑滑床岩体层间分界处内力与变形的连续性,得出三种不同约束形式下抗滑桩内力计算公式。
(3)以三峡库区某滑坡治理工程中滑床砂、泥岩构成的软硬相间地层为研究背景,建立该套地质力学参数下数值模拟分析模型,并以此为基础根据滑床岩体力学性质的不同将滑床概化为:全软岩、全硬岩、软硬分层、硬软分层、软硬互层、硬软互层六种情况,其不同分布形式下层厚比的改变对抗滑桩桩身受力的特性存在较大影响:①随层厚比增大,软硬分层、软硬互层分布形式下抗滑桩受力特性接近均质硬岩,此时硬岩是影响桩身弯矩、剪力的主要因素,且桩身弯矩最大值、桩身剪力最大值呈先增大后减小,桩身位移不断减小变化规律;②随层厚比减小,硬软分层、硬软互层分布形式下抗滑桩受力特性接近均质软岩,此时软岩是影响桩身弯矩、剪力的主要因素,且桩身弯矩最大值、桩身剪力最大值呈先减小后增大,桩身位移不断增大变化规律。鉴于此,若将多层岩体以均质硬岩考虑,设计时桩身内配筋时所需纵筋和箍筋偏小,易造成抗滑力不足;若将多层岩体以均质软岩考虑,设计时桩身内配筋时所需纵筋和箍筋偏多,易造成资金浪费。故对该区域及滑床多层岩体滑坡进行治理时,应当充分考虑滑床岩体不同分布形式下层厚比对抗滑桩受力特性影响。
(4)滑床不同岩性组合条件下,其层厚比一定时,桩身受荷段弯矩和剪力不存在影响,桩顶最大位移值、桩身最大剪力值、桩身最大弯矩值从小到大排列次序依次为:硬软分层<硬软互层<软硬互层<软硬分层,其最大变化幅度分别为17.1%、11.3%、15.2%。故在抗滑桩设计时,应考虑滑床不同岩性组合对抗滑桩内力与变形的影响。
(5)基于上述实际工况地质参数下建立的数值模型,得出适用于该地层条件下的地基抗力系数,并运用MATLAB程序软件实现理论计算程序化;通过现场监测资料与理论计算结果及数值模拟计算结果进行对比,验证在该力学模型下理论推导的合理性及数值模型建立的正确性。鉴于上述合理性,将数值模拟计算结果与本文方法、地基系数面积换算法、传统K法分别进行对比,进一步说明本文研究成果的可行性。
库区内侏罗系地层是典型的砂岩、泥岩软硬相间地层,本文以三峡库区某滑坡治理工程为背景,结合弹性地基梁计算方法为理论基础建立力学模型,兼顾计算操作简单易被接受的原则,基于滑床岩体层间分界处桩体变形协调原理,通过在层间分界处建立变形协调方程,以保证桩身内力与变形的连续性,以理论分析、数值模拟分析开展研究,主要工作及成果如下:
(1)总结了传统抗滑桩设计计算方法、滑坡推力分布形式、桩位和桩间距、设计参数确定方法及不足之处,为本文力学模型的建立及抗滑桩内力与变形计算提供参考。
(2)基于传统方法不足之处,建立嵌固于多种地层的弹性抗滑桩受力力学模型,并以考虑滑床岩体层间分界处内力与变形的连续性,得出三种不同约束形式下抗滑桩内力计算公式。
(3)以三峡库区某滑坡治理工程中滑床砂、泥岩构成的软硬相间地层为研究背景,建立该套地质力学参数下数值模拟分析模型,并以此为基础根据滑床岩体力学性质的不同将滑床概化为:全软岩、全硬岩、软硬分层、硬软分层、软硬互层、硬软互层六种情况,其不同分布形式下层厚比的改变对抗滑桩桩身受力的特性存在较大影响:①随层厚比增大,软硬分层、软硬互层分布形式下抗滑桩受力特性接近均质硬岩,此时硬岩是影响桩身弯矩、剪力的主要因素,且桩身弯矩最大值、桩身剪力最大值呈先增大后减小,桩身位移不断减小变化规律;②随层厚比减小,硬软分层、硬软互层分布形式下抗滑桩受力特性接近均质软岩,此时软岩是影响桩身弯矩、剪力的主要因素,且桩身弯矩最大值、桩身剪力最大值呈先减小后增大,桩身位移不断增大变化规律。鉴于此,若将多层岩体以均质硬岩考虑,设计时桩身内配筋时所需纵筋和箍筋偏小,易造成抗滑力不足;若将多层岩体以均质软岩考虑,设计时桩身内配筋时所需纵筋和箍筋偏多,易造成资金浪费。故对该区域及滑床多层岩体滑坡进行治理时,应当充分考虑滑床岩体不同分布形式下层厚比对抗滑桩受力特性影响。
(4)滑床不同岩性组合条件下,其层厚比一定时,桩身受荷段弯矩和剪力不存在影响,桩顶最大位移值、桩身最大剪力值、桩身最大弯矩值从小到大排列次序依次为:硬软分层<硬软互层<软硬互层<软硬分层,其最大变化幅度分别为17.1%、11.3%、15.2%。故在抗滑桩设计时,应考虑滑床不同岩性组合对抗滑桩内力与变形的影响。
(5)基于上述实际工况地质参数下建立的数值模型,得出适用于该地层条件下的地基抗力系数,并运用MATLAB程序软件实现理论计算程序化;通过现场监测资料与理论计算结果及数值模拟计算结果进行对比,验证在该力学模型下理论推导的合理性及数值模型建立的正确性。鉴于上述合理性,将数值模拟计算结果与本文方法、地基系数面积换算法、传统K法分别进行对比,进一步说明本文研究成果的可行性。