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因为地震是自然界中重大的灾害之一,为了减轻地震所造成的生命与财产损失,所以人们对抗震工程进行了长期的探索。伴随着科学技术的进步,抗震工程的理论知识和实践经验得到质的飞跃。但是,对于近几十年来全球发生的许多大地震,例如:1976年我国的唐山地震、1994年美国Nothridge地震、1995年日本阪神地震和1999年中国台湾集集大地震等研究甚少,致使大地震造成大量严重的工程破坏和惨重的生命和财产的代价。
然而在许多重大的结构设计分析过程中,地震作用仅被视为一个主要的动力影响因素而考虑在内。并且这些研究范围都局限于一些房屋、桥梁、地下工程和水工程等建筑物的抗震结构设计中,但是真正对于抗滑桩抵抗滑坡,加固边坡方面的抗震分析研究较少。同时抗滑桩不同于其他一般的结构物,地震作用下的抗滑桩的桩身与土体的动力相互作用:如土体与桩体的挤压,离散等等过程随时间的不同为不同。因此研究抗滑桩抵抗滑坡与加固边坡的动力特性(如弯矩、剪力分布,桩身的位移分布形式)有着十分重要的意义。
当地震作用引起的滑体规模一般较大从而滑坡推力很大时,如果设置单排抗滑桩,则需要增大截面,从而加高造价,不经济。同时单排的抗滑桩抗滑能力较双排抗滑桩弱,不安全。固可以考虑设置两排或多排抗滑桩进行滑坡治理。然而目前有三种主要形式的双排桩,一为排列成两排的单排式抗滑桩(其中又分前后对齐的形式与梅花桩形式),二为h型抗滑桩,三为门架式抗滑桩。在双排桩抗滑结构体系中,前后排桩均分担滑坡传递过来的推力,同时充分利用同排桩间以及前后桩间的土拱效应从而增强抗滑效果。最终双排抗滑桩结构因其自身稳定性好和整体刚度大的特点从而可以达到较理想的抗滑能力。
本文以双排框架式抗滑桩为例,考虑双排框架式抗滑桩的三维空间变形协调因素,在此基础上研究地震作用下的双排框架式抗滑桩的动力特性(弯矩、剪力分布)。滑动面以上的抗滑桩,假设为悬臂式的抗滑桩。滑动面以下则假定抗滑桩为文克勒地基梁模型。建立地震作用下的双排框架式抗滑桩的力学模型,分析其内力变化和变形特征。为将来的滑坡治理方面工程的应用提供参考依据。
第一,总结历年来强震引起的抗滑桩的破坏特点,并针对目前国内外现有的关于滑坡抵抗以及边坡加固在土与结构动力相互作用机理方面问题的研究。
第二,根据一些工程所在地的地震烈度和当地的土质类型,采用三角函数快速傅里叶FFT法,人工合成适合那些工程的地震波。在合成后的地震波中截取振动较明显的20s,设定地震间隔时间为0.1s,选取步数为200步。
第三,滑动面以上,后排桩受到同排间土拱效应产生的土拱压力。通过水平分层法以及静力平衡求得出后排桩被动土动压力以及前排桩的主动土动压力,同时考虑因后排桩挤压桩间土所产生的土拱效应产生的前排桩的附加应力。以物部-冈部及库伦定理为基础,运用拟静力的方式计算出的滑动面以上前排桩所受到的被动土动压力。将滑动面以下的抗滑桩假定为文克勒地基梁模型,且滑动面以下的土体对桩身所产生的土体水平抗力应用m值法计算。
第四,建立双排框架式抗滑桩数学方程,滑动面以上抗滑桩与横纵梁考虑空间协调并使用空间位移法建立基本数学方程,滑动面以下建立文克勒地基梁方程式,根据红石包工程提供的基本物理参数最终得出双排框架式抗滑桩的前后桩以及横纵梁的弯矩与剪力分布形式。最后对比静力作用下的双排框架式抗滑桩的弯矩与剪力分布。得到结论为:(一)、前排桩和后排桩均出现了反弯点,后排桩与前排桩的反弯点大致都在滑动面以上5米的位置。大致在滑动面以上的桩身的1/3处。(二)、相对与其他的双排抗滑桩,其中的纵梁虽然刚度较小,但是在空间协调中起到了十分重要的作用,使每一个门架式抗滑桩相符连接,致使整体刚度较大,使每个构件上均分布有弯矩与剪力,使桩梁土受力更加的合理。抗滑能力加强。(三)、从得到的前后排桩的总弯矩图与总剪力图可以看出,最大的弯矩均发生在滑动面处,并且后排桩的弯矩与剪力均比前排桩的要大,说明后排桩承担了大部分的滑坡推力,同时因为有了前排桩的分担,使得后排桩上的弯矩不至于过大。
第五,将得到的弯矩与剪力分布图,应用到红石包滑坡治理工程中,得到前后桩以及横纵梁的配筋。