论文部分内容阅读
限于场地原因，需对悬臂桩桩前基岩超深开挖，且仅留有一定宽度的阻滑岩体，这就导致了阻滑岩体能否保证悬臂桩安全有效的问题。如果阻滑宽度偏小、悬臂桩嵌固深度较小或嵌固段岩体强度较低，就会引发桩前岩体破坏，进而造成悬臂桩失效。通常在设计悬臂桩时对桩体本身的强度计算都较为充分，而此时悬臂桩的受力情况很大程度上将取决于嵌固段岩体的强度特性及其能够提供的极限抗力。因此，开展悬臂桩桩前嵌固段岩体作用机理研究，从而获取保证悬臂桩和滑坡稳定所需的合理嵌固深度和桩前基岩阻滑宽度，可为此类工程设计提供一定的理论指导和借鉴意义。
本文以岳阳长炼罐区滑坡悬臂桩桩前嵌固段岩体为研究对象，在嵌固段岩体赋存地质环境条件基础上，建立了桩前基岩超深开挖条件下的工程地质模型；在此基础上，结合嵌固段岩体室内试验破坏特征，建立了基于弹性地基梁模型的桩前嵌固段岩体受力模式；采用桩岩接触的三维有限元数值计算方法，对不同滑坡推力和阻滑宽度下的嵌固段岩体变形破坏机理进行了探讨；最后，以岳阳长炼罐区滑坡为实例，探讨了不同嵌固深度下的安全阻滑宽度，并结合数据拟合方法建立了两者之间的函数关系，提出了桩前基岩超深开挖条件下的合理嵌固深度与阻滑宽度。通过以上分析和研究，主要取得了以下成果：
(1)嵌固段岩体为中厚层状灰岩，不同的室内试验测试方法，其变形和强度性质有所不同。具体表现为：在单轴压缩条件下，岩块试样存在压致剪切和压致拉裂两种破坏现象，其原因是裂隙的存在和空间展布形态所致；在三轴压缩条件下，随着围压逐渐增大，岩块试样存在从拉剪破坏逐步过渡为塑性剪切破坏特性。
(2)通过桩前嵌固段岩体的有限元数值模拟分析发现：桩前岩体附近一定范围内基本为压应力，且最大压应力发生在与悬臂桩嵌固顶面相接触的正前方岩体；而悬臂桩两侧及其桩后岩体附近基本为拉应力，且最大拉应力发生在桩体侧前方嵌固顶面相接触的岩体。
(3)桩前嵌固段岩体变形破坏大致可以分为四个阶段：①弹塑性阶段：滑坡推力所传递的荷载首先由桩前嵌固段顶部附近岩体所承担，当滑坡推力较小时，呈现弹塑性压缩状态，但侧向位移量致使一部分压力传递至较深的岩体中；②塑性屈服阶段：随着滑坡推力的逐渐增大，桩前嵌固段顶部附近岩体将逐步达到塑性屈服状态，而侧向位移量致使部分压力传递至更深的岩体中；③局部屈服破坏阶段：当滑坡推力增大至桩前嵌固段项部附近岩体的极限强度时，便达到屈服破坏状态，仅存在相对较低的残余强度，使得桩前嵌固段项部附近一定深度的岩体丧失了其侧向抵抗力，与此同时桩前嵌固段岩体的弹塑性压缩状态也逐渐向桩底扩展，致使悬臂桩桩顶将出现较大的位移；④冲切破坏阶段：如果滑坡推力远大于岩体的极限强度时，由于桩前嵌固段岩体临空，极易导致桩前、桩间嵌固段岩体沿着近似倒锥形曲面发生冲切破坏，造成悬臂桩失效。
(4)在滑坡推力和嵌固深度一定的情况下，阻滑宽度越小，桩前嵌固段岩体位移量越大，其破坏模式则以屈服破坏形式为主；随着阻滑宽度的逐渐增大，桩前嵌固段岩体位移量逐渐减小，当阻滑宽度大于某一值时，位移量趋于稳定。
(5)岳刚长炼罐区滑坡悬臂桩嵌固深度和桩前基岩阻滑宽度研究表明：嵌固深度越大，安全阻滑宽度越小，两者之间呈幂函数关系，其关系式为hr=16.587B-0.7399；采用Matlab编程迭代计算，在保证悬臂桩有一定的结构系数和滑坡稳定有一定的设计安全系数的前提下，最优的设计参数是悬臂桩嵌固深度为6.24m、阻滑宽度为3.75m。
本论文的创新点在于：φ获取了桩前基岩超深开挖条件下嵌固段岩体的变形破坏模式；φ提出了桩前基岩超深开挖条件下嵌固深度与安全阻滑宽度之间呈现幂函数的关系。这两点均可为类似工程设计提供一定的理论依据。