西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第l 頁 摘要 滑坡是一種多發(fā)又常能造成極大危害的斜坡地質(zhì)災(zāi)害，因此有關(guān)滑坡的 防治研究一直為世人所關(guān)注?；路乐蔚母鱾€方面都取得了很大成就，其中 抗滑樁的應(yīng)用最為廣泛，預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁是隨著錨索在工程上的應(yīng)用而產(chǎn) 生的一種新型支擋結(jié)構(gòu)，相對于普通抗滑樁，其受力狀態(tài)更加合理，并且可 以有效的控制樁身的位移和相應(yīng)的應(yīng)力分布，所以出現(xiàn)后就得到了廣泛的應(yīng) 用，但其設(shè)計理論的研究大大滯后于工程應(yīng)用，其設(shè)計缺乏相應(yīng)的規(guī)范指導(dǎo)， 還有一些亟待解決的問題。本文結(jié)合丹巴滑坡為例開展這方面的研究工作。 論文從物理模型出發(fā)，建立其相應(yīng)的力學(xué)和數(shù)學(xué)模型，最后得出抗滑樁 內(nèi)力的解析解，為結(jié)構(gòu)設(shè)計奠定基礎(chǔ)。 首先，對抗滑樁治理滑坡的相關(guān)理論進行論述，包括滑坡推力的計算， 推力與抗滑樁之間的傳遞機理，以及樁與土體的相互作用；其次對預(yù)應(yīng)力錨 索抗滑樁的結(jié)構(gòu)設(shè)計原理進行研究：最后結(jié)合工程實例，編制相應(yīng)的計算程 序?qū)⒈疚慕榻B的計算方法和設(shè)計理論付諸于實踐。 通過研究，得到以下結(jié)果： 1 、推力在抗滑樁間傳遞時一定條件下可以形成土拱，土拱跨度的大小 將是影響樁間距的主要因素，土拱的跨度除了和推力的大小有關(guān)外還和滑體 的粘聚力和內(nèi)摩擦角有關(guān)，文中對幾種關(guān)系進行了探討。 2 、以彈性地基梁理論為基礎(chǔ)，結(jié)合彈性理論的相關(guān)公式，類比均布條 形荷載下的地基附加應(yīng)力，得出了求解樁側(cè)土體位移解析解的公式。 3 、對預(yù)應(yīng)力錨索的抗滑樁的力學(xué)模型進行了研究，引入有限差分法， 考慮到樁底的幾種約束情況，分別給出了預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁的計算方法。 4 、預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁的設(shè)計和施工應(yīng)用到具體的工程實例時，多排錨 索時的索間距可根據(jù)具體的場地情況和工程要求進行適當?shù)恼{(diào)整驗算，以期 得到最佳的索間距。上排錨索內(nèi)力小于下排，設(shè)計時可適當調(diào)低上排錨索的 初始預(yù)應(yīng)力。 關(guān)鍵詞滑坡；滑坡推力；土拱；樁間距；預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第| l 頁 a b s t r a c t l a n d s l i d ei sak i n do fg e o l o g i cd i s a s t e rt h a ta l w a y so c c u r sa n dm a k eg r e a t h a z a r d ，s ot h er e s e a r c ho f l a n d s l i d ep r e v e n t i o ni sa l w a y sg e tg r e a ta t t e n t i o n m a n y k i n d so ft h el a n d s l i d ep r e v e n t i o ng e tg r e a td e v e l o p m e n tr e c e n t l y a b o u ta l lt h e a p p l i c a t i o no fa n t i - s l i d i n gp i l e si sm o s tw i d e s p r e a d a n t i s l i d ep i l e s w i t l l p r e s t r e s s e da n c h o ri sak i n do fn e ws u s t e n t a t i o ns t r u c t u r ea st h ea p p l i c a t i o no f a n c h o ro np r o j e c t a c c o r d i n gt or e g u l a ra n t i s l i d i n gp i l e si t ss t r e s si sm o r er a t i o n a l ， i tc o u l dc o n 仃o lp i l e s b e d yd i s p l a c e m e n ta n dc o r r e s p o n d i n gs t r e s sd i s t r i b u t i o n e f f e c t i v e l y , t h e r e f o r ei tg e t sw i d e s p r e a da p p l i c a t i o na f t e ra p p e a r e d b u ti t sd e s i g n t h e o r yr e s e a r c hi sg r e a tl a gt ot h ep r o j e c ta p p l i c a t i o n , a n di t sd e s i g nl a c k s c o r r e s p o n d i n gs t a n d a r di n s t r u c t i o n ，h a ss o m eq u e s t i o i l sw h i c ha r eu r g e n t l yt ob e s o l v e d t l l i sa r t i c l ei st od e v e l o pt h o s eq u e s t i o n sb a s eo nd a n b al a n d s l i d e t l l i sa r t i c l ee s t a b l i s h e sc o r r e s p o n d i n gm e c h a r t i e sa n dm a t h e m a t i c a lm o d e l s b a s e so nt h ep h y s i c a lm o d e l ，f i n a l l yo b t a i n st h ea n a l y t i cs o l u t i o no ft h ea n t i s l i d e p i l e se n d o g e n i cf o r c e a n de s t a b l i s h e sf o u n d a t i o nf o rt h es t r u c t u r a ld e s i g n f i r s t l y , t h ea r t i c l es t u d yo nt h ea n t i s l i d ep i l e s t h e o r y , i n c l u d i n gl a n d s l i d e t h r u s tc o m p u t a t i o n i t st r a n s m i s s i o nm e c h a n i s mb e t w e e na n t i s l i d ep i l e s ，a sw e l l a st h em u t u a lf u n c t i o no fp i l e sa n ds o i lb o d y ；s e c o n d l y , d or e s e a r c h0 1 1t h e s t r u c t u r a ld e s i g np r i n c i p l eo fa n t i s l i d ep i l e sw i t hw e - s t r e s s e da n c h o r ；f i n a l l y ， b a s e0 1 1t h ep r o j e c te x a m p l e e s t a b l i s h e sc o r r e s p o n d i n gc o m p u t a t i o n a lp r o c e d u r e a c c o r d i n gt ot h ec o m p u t a t i o n a lm e t h o da n dd e s i g nt h e o r yw h i c hi n t r o d u c e dt h i s a r t i c l ea n dp u t si tt ot h ep r a c t i c e b a s eo nt h er g s e a r c ht h i sa r t i c l eg e t st h ef o l l o w i n gr e s u l t s ： 1 t h r u s tt r a n s m i t sb e t w e e nt h ea n t i s l i d ep i l e sm a yf o r mt h es o i la r c h i n g u n d e rt h ec e r t a i nc o i l d i t i o n , t h es d a no fs o i la r c h i n gi st h em a i nf a c t o ro ft h e d i s t a n c eo fp i l e s ，b e s i d e st h et h r u s to fl a n d s l i d e , t h es p a l lo fs o i la r c h i n gi sa l s o r e l a t e dt ot l l el a n d s l i d e sqa n dc ，t h i sa r t i c l eh a sc a r r i e do nd i s c u s s i o no nt h o s e r e l a t i o n s 2 b a s eo nt h ee l a s t i cf o u n d a t i o nb e a mt h e o r y , c o m b i n et o 也ee l a s t i c f o r m u l a m a k e sa n a l o g yw i t hg r o u n da d d i t i o n a ls t r e s so f u n i f o r m l yd i s t r i b u t el o a d , a n dh a so b t a i n e dt h ea n a l y t i cs o l u t i o nf o r m u l ao f s o i ld i s p l a c e m e n tb e s i d ep i l e s 3 d or e s e a r c ho nt l l em e c h a n i c sm o d e lo fa n t i s l i d ep i l e sw i t hp r e s t r e s s e d a n c h o r , a n di n t r o d u c et h ef i n i t ed i f f e r e n c em e t h o d ，c o n s i d e rt h es e v e r a lc e n t e r r e s t r a i n t ss i t u a t i o n so fp i l e s b o t t o m ，g e tc o m p u t a t i o n a lm e t h o d so fa n t i s l i d e p i l e sw i 廿lp r e - s t r e s s e da n c h o rs e p a r a t e l y 4 w h 6 1 1t h ed e s i g na n dc o n s t r u c t i o no fa n t i s l i d ep i l e sw i t hp r e s t r e s s e d a n c h o ra p p l i e st oc o n c r e t ep r o j e c t , a d j u s tt h es d a c eb e t w e e nm u l t i - p l a t o o n s a n c h o r sa c c o r d i n gt oc e r t a i ni o c a t i o ns i t u a t i o na n dt h ep r o j e c tr e q u e s t ，a n dg e tt h e o p t i m a l l ys p a c e t h ea n c h o re n d o g e n o u sf o r c eo f p r e v i o u sr o wi ss m a l l e rm a l lt h e l o w e rr o w s oi tc o u l ds u i t a b l yr e d u c et h ep r e s t r e s so f p r e v i o u sr o ww h e nd e s i g n 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1 | l 頁 k e yw o r d sl a n d s l i d e ；l a n d s l i d et h r u s t ；s o i la r c h i n g ；p i l es p a c i n g ；a n t i s l i d ep i l e s w i t hp r e s t r e s s e da n c h o r 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1 頁 第一章緒論 1 i 課題的研究背景、目的和意義 滑坡是一種多發(fā)又常能造成極大危害的斜坡地質(zhì)災(zāi)害，因此有關(guān)滑坡的 防治研究一直為世人所關(guān)注。經(jīng)過多年的工程實踐和理論研究，國內(nèi)外在滑 坡防治的各個方面都取得了很大成就，抗滑支擋結(jié)構(gòu)的發(fā)展應(yīng)用尤為迅速， 支擋結(jié)構(gòu)包括擋土墻、抗滑樁、預(yù)應(yīng)力錨索等。支撐和錨固結(jié)構(gòu)，是用來支 撐、加固填或山坡土體，防止其塌滑以保持穩(wěn)定的一種建筑物。其中抗滑 樁( 包括普通抗滑樁和預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁) 、預(yù)應(yīng)力錨索地梁( 包括單粱和 框架梁) 等新型樁錨結(jié)構(gòu)在工程實踐中的大量應(yīng)用，使整治大、中型滑坡成 為可能。 我國用于滑坡整治的抗滑樁數(shù)目是巨大的，雖然還不能精確統(tǒng)計出全國 的抗滑樁總數(shù)是否己達到幾十萬根，總長度是否已有近百萬米，但十幾萬根 和幾十萬米總是可能的。工程實踐經(jīng)驗表明抗滑結(jié)構(gòu)用于支擋加固邊坡和整 治滑坡是很有效的，只有個別樁出現(xiàn)破壞的實例，尚未有整個工程失敗的先 例。但抗滑結(jié)構(gòu)是否充分發(fā)揮了其抗滑能力。結(jié)構(gòu)的設(shè)計是否經(jīng)濟合理，是 一個很值得研究的問題。從現(xiàn)有的抗滑結(jié)構(gòu)工程的調(diào)查表明，過于保守的設(shè) 計現(xiàn)象普遍存在，抗滑樁斷面和樁長都偏大和偏長，樁的很多抗滑能力都沒 有發(fā)揮出來，造成了很大的材料浪費。例如，某滑坡在抗滑樁工程做好后進 入雨季，遇到了歷史上罕見的特大連續(xù)降雨，結(jié)果出現(xiàn)了后級滑坡，前、后 兩級滑坡同時滑動，以大出設(shè)計滑坡推力一倍左右的推力作用到抗滑樁上， 抗滑樁向前傾斜了一個較小的角度，引起震驚，認為工程可能失敗。但是， 事實說明有驚無險，當抗滑樁傾斜一個角度后，既未出現(xiàn)斷樁現(xiàn)象，樁身也 未繼續(xù)變位向前傾斜，在這種狀態(tài)下抗滑樁又重新穩(wěn)定下來，竟然擋住了前 后兩級滑坡，滑坡體上的裂縫逐漸擠密閉合，滑坡又重新穩(wěn)定了。至今已有 十幾年了，該滑坡一直處于穩(wěn)定狀態(tài) 2 1 。同樣許多工程的樁身內(nèi)力或樁頂位 移實測結(jié)果也遠遠小于設(shè)計允許值0 1 ，這些表明，目前大多數(shù)抗滑樁結(jié)構(gòu)的 安全系數(shù)過大，結(jié)構(gòu)的抗滑能力遠沒有充分發(fā)揮，現(xiàn)有抗滑樁結(jié)構(gòu)的設(shè)計還 有待于進一步改進。事實上，由于影響滑坡的因素眾多且易于變化，因而在 基本查明滑坡的性質(zhì)、規(guī)模、發(fā)展趨勢等問題后，在進行防治工程設(shè)計時常 將一些易變的或不十分清楚的環(huán)境因素可能造成的不利影響蘊含在安全儲 備中，因此致力于提離工程設(shè)計水平、充分挖掘抗滑樁工程潛能的研究乃當 今一大趨勢鍆。 預(yù)應(yīng)力錨索斜拉抗滑樁是一種新型樁錨抗滑結(jié)構(gòu)，雖然已較多地應(yīng)用 于工程，但其設(shè)計計算理論研究遠遠滯后于工程應(yīng)用。在國家標準或行業(yè)標 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第2 頁 準的相關(guān)設(shè)計規(guī)范【5 7 】如鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范f i b l 0 0 2 5 2 0 0 i ) 、 公路路基設(shè)計規(guī)范( 用0 1 3 9 5 ) 以及建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范( g b j 7 8 9 ) 中還沒有對其具體設(shè)計計算原則和方法做出相應(yīng)說明和規(guī)定。因此，目前各 滑坡治理部門及設(shè)計單位一般按照各自的計算方法并根據(jù)工程經(jīng)驗進行設(shè) 計，設(shè)計計算方法差別較大，治理效果各異?；谏鲜龈鞣矫娴脑?，加強 設(shè)計理論研究，制定相應(yīng)的規(guī)范，是一項十分緊迫的工作。鑒于此，本文主 要結(jié)合四川省丹巴縣建設(shè)街滑坡”開展了這方面的工作，重點對預(yù)應(yīng)力錨索 斜拉抗滑樁的設(shè)計理論和施工技術(shù)進行探討。 1 2 預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁的發(fā)展研究現(xiàn)狀 抗滑樁作為治理滑坡中的一種重要工程措旖，多年來國內(nèi)外學(xué)者從不同 角度開展了很多方面的工作。國外許多學(xué)者在水平推力樁( 1 a t e r a t l yl o a d e d p i l e s ) 上開展了許多工作?？够瑯吨皇撬綐兜囊环N特定形式。采用抗滑樁 治理滑坡，國外始于2 0 世紀3 0 年代，國內(nèi)于2 0 世紀5 0 年代開始使用。1 9 5 4 年 寶成線史家壩4 號隧道北口左側(cè)灰?guī)r邊坡產(chǎn)生順層坍滑，采用鋼筋混凝土榫 樁治理( 只考慮抗剪的作用) 。1 9 6 5 在川黔線楚米鋪堆積層滑坡采用沉并及 打入式管樁( 不易打入基巖) 。1 9 6 6 年成昆線鐵路沙北1 號滑坡及甘洛車站2 號滑坡中首次采用鋼筋混凝土挖孔樁來加固穩(wěn)定滑坡( 全面考慮了構(gòu)件的抗 彎、抗剪等作用) ，為滑坡治理提供了一種切實可行的新手段。后來又發(fā)展 為抗滑排樁、n 型剛架排樁、h 型排架抗滑樁、預(yù)應(yīng)力錨索樁等旺盯。 關(guān)于抗滑樁的計算早期是按單純的剪力計算，后來發(fā)展為靜力平衡法和 布魯姆法，目前常用的方法是彈性地基梁法。彈性地基梁法基本上是按彈性 樁和剛性樁兩種模式采用地基系數(shù)法進行計算。彈性樁模式計算多采用m ” 法和留法以及無量綱系數(shù)法，而剛性樁模式則多采用角變位法和無量綱系 數(shù)法“引。有限差分法口和桿件有限元法口們在抗滑樁的設(shè)計中也得到一定 程度的應(yīng)用。 針對水平推力樁，吳恒立提出了用綜合剛度原理和雙參數(shù)法來確定樁嵌 圃段的內(nèi)力?！?，這種方法的優(yōu)點是在物理和數(shù)學(xué)上更加嚴密，考慮了多種 土抗力的分布形式，常用的“州”法、k ，法、和“c ”法都涵蓋在其中。缺點是 考慮到雙參數(shù)后問題更加復(fù)雜，且在實際應(yīng)用中m 和“1 n 的確定沒有統(tǒng)一 的標準。 8 0 年代以來，隨著錨索技術(shù)的發(fā)展，在滑坡工程中大量使用了錨索工程， 錨索抗滑樁應(yīng)運而生。它一般是在抗滑樁的頂部加錨索，增加一個拉力，改 變原普通抗滑樁的懸臂受力狀態(tài)，受力更加合理。國內(nèi)早期的研究工作以科 學(xué)研究院西北研究所等鐵路部門的研究機構(gòu)為代表，并在鐵路建設(shè)中將這一 技術(shù)推廣吁”。目前關(guān)于預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁的受力分析，一種只是將預(yù)應(yīng)力 作為外力直接加在樁上，其它和懸臂樁相同，顯然不是很合理。另一種方法 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第3 頁 是利用錨索和抗滑樁的協(xié)調(diào)變形條件來求解錨索的設(shè)計拉力，這是普遍比較 認可的一種方法。 前蘇聯(lián)學(xué)者| k 金布格和b i h 依申柯開展了錨桿抗滑樁組合結(jié)構(gòu)的計算 方法的研究工作b 們。他們提出了用計算樁頂水平位移的方法來計算錨桿( 錨 索) 的拉力。 文獻 3 4 建議將樁、錨固段樁周巖土、錨索作為一個整體，視為超靜 定結(jié)構(gòu)，錨索與樁的連接處視為彈性支撐，樁按彈性地梁計算，推導(dǎo)出任意 排樁的計算公式。 文獻 3 5 考慮在長期荷載作用下，將樁、錨索和樁周土視為一個整體， 根據(jù)錨索與樁的協(xié)調(diào)變形機理來進行錨索預(yù)應(yīng)力值的計算。 目前，預(yù)應(yīng)力錨索樁的錨索大多加在上部，但并不是任何情況下都適用。 有些情況下需要把錨索( 錨桿) 設(shè)置在樁的底部，這就是底錨樁又稱“樹根 樁”。對于這種形式樁的研究和使用比較少。 1 3 論文的研究思路和主要內(nèi)容 預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁是近年來出現(xiàn)的新型支擋結(jié)構(gòu)，雖然在理論研究和工 程實踐做了一些工作，但還存在許多問題。本文針對這些河題，進一步探討， 重點放在結(jié)構(gòu)計算上。具體做以下幾個方面的工作： ( 1 ) 、根據(jù)土拱理論探討合理的的樁間距； ( 2 ) 、探討樁、滑坡體之間的相互作用機理； ( 3 ) 、結(jié)合具體的工程實例實現(xiàn)預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁的整個計算工程，并編 制相應(yīng)的計算程序。 論文中擬解決的關(guān)鍵技術(shù)問題是： ( 1 ) 、合理樁間距的取值和巖土體性質(zhì)的關(guān)系； ( 2 ) 、斜拉錨索抗滑樁樁錨之間、樁與巖土的作用關(guān)系( 包括空間關(guān)系、 荷載、抗力、變形、應(yīng)力等) ： ( 3 ) 、斜拉錨索抗滑樁抗力系數(shù)方法的計算。 抗滑支擋結(jié)構(gòu)目前有很多種，本論文主要結(jié)合具體的滑坡實例，重點分 析錨索樁( 斜拉樁) 的錨索和樁體的設(shè)計計算以及樁錨、樁巖土之間的作用 關(guān)系，同時編制相應(yīng)的計算程序。 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第4 頁 第二章滑坡體與抗滑樁的相互作用 2 1 滑坡推力的計算 作用與抗滑樁上的滑坡推力，與滑坡的性質(zhì)、滑體的厚度、滑動面的 形狀以及樁的位置、間距等條件有關(guān)圓】。抗滑樁在使用年限內(nèi)受到的外力 主要是土壓力和滑坡推力，正確、合理地確定土壓力和滑坡推力的大小、方 向、作用點以及對支擋結(jié)構(gòu)作用的規(guī)律，是支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵問題”。 一般主要考慮滑坡推力。 在防治滑坡之前為獲得設(shè)計依據(jù)及數(shù)據(jù)，除了要掌握和了解滑坡各種 性質(zhì)外還應(yīng)對其活動能量、破壞力量有一切合實際的定量判斷，此即對滑坡 進行推力計算的目的。不僅要了解當前狀態(tài)下滑坡在各個部位的最大推力， 而且要在求出工程使用年限內(nèi)各種最不利條件與作用因素可能組合下滑坡 在各個部位的最大推力，尤其是在設(shè)立抗滑樁支擋工程建筑部位的滑坡推力 數(shù)值為設(shè)計提供依據(jù)。因此，措坡推力的計算也是抗滑支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要 依據(jù)。 對橫截面滑動方向某一截面上的滑坡推力，一般有兩種方法，即：一 是先求出全截面上的滑坡總推力，然后按在該橫截面上的滑動方向的截面上 滑體厚度的不同分配出各段每米寬的推力大??；二是按平行滑動方向分段， 求每段代表截面的每米寬的滑坡推力，從而綜合各段的推力而得出全滑坡的 推力3 刀。 對于滑坡推力的計算，當前國內(nèi)外普遍采用的做法是利用極限平衡理 論計算每米寬滑動斷面的推力，同時假設(shè)斷面兩側(cè)為內(nèi)力而不計算側(cè)向摩阻 力。目前按滑移面形狀大致可歸納為單一滑面、圓弧形滑面、折線形畫面三 種類型。下面將概述每一種滑面類型中滑坡推力的現(xiàn)有計算方法。 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第5 墾 ( 1 ) 滑面為單一平面或可簡化成單一平面者 如圖2 1 ，對一般散體結(jié)構(gòu)或破 碎狀結(jié)構(gòu)的坡體，或順層沿坡的坡 體，開挖后容易出現(xiàn)這種滑面。由于 目重 土中粘聚力比較小，忽略c 值，而用 的傾角 滑面上綜合內(nèi)摩擦角中值。 圖2 1 滑面為單一平面滑坡 其穩(wěn)定系數(shù) t o = 罷 式中：由滑面巖土的綜合內(nèi)摩擦角； 口滑面的傾角。 。 因此，滑體仰c 產(chǎn)生的推力 e = 懈s a ( k t a n p t a n 妒) 式中：礦j 骨體厶4 曰c 的自重力； 置設(shè)計所需要的安全系數(shù)。 ( 2 ) 滑面為一圓弧或可簡化成圓弧者 ( 2 - 1 ) ( 2 2 ) 圖2 - 2 具圓弧形滑面的滑坡 如圖2 2 a ) 及2 2 b ) ，這種滑面通常產(chǎn)生于粘土及粘性土含量較多的堆積土 組成的坡體地段。一般具有兩種類型，一是如圖2 2 a ) 滑動圓弧的圓一0 0 在斜 坡4 c 之間，則在垂線0 0 以外的滑體對滑帶而言，滑帶反傾的全部力為抗滑力 r 部分，在垂線0 0 ，以內(nèi)則有下滑分力t 部分。另一種如圖2 2 b ) 所示，滑動圓 弧的圓一o o 在斜坡4 c 之外，系無反傾部分的圓弧滑面，沒有相應(yīng)的抗滑力r 。 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第6 頁 兩者各自的穩(wěn)定系數(shù)為 k ：墜型牲( 蚴b ) 中恥= o ) ( 2 - 3 ) 厶1 式中： 副作用與滑面( 帶) 上的法向力之和； 丁作用于滑面( 帶) 上滑動力之和； 乏衛(wèi)反傾抗滑部分的阻滑力之和； c j 沿滑面( 帶) 各段單位粘結(jié)力c 與滑面長1 乘積的阻力之和； 妒滑面( 帶) 巖土的內(nèi)摩擦角。 為此滑坡推力e 的計算公式為 e = 足t - n t a n 妒- d 一r ( 2 - 4 ) ( 3 ) 滑面( 帶) 由多平面呈折線形連接而成或簡化成折線形 如圖2 3 ，可將滑面( 帶) 劃分為許多段，一般一折線為一段，在滑面為 曲線時則按等間距分段，以每段曲線之弦代表該段滑面的傾斜線。每段長為 ，與水平之角為a ，各段的重力為孵各段滑面( 帶) 巖土的抗剪強度c 、p ， 其穩(wěn)定系數(shù)為 y w c o s a m n 礦+ y 可 毛= _ l l ( 2 5 ) w s i n a c 圖2 - 3 滑面呈折線形滑坡 為此，該滑坡作用與a 點的設(shè)計計算推力e 為 nnm e = k w s i n a - ) ? w c o s a t a l l 由一c l ( 2 6 ) 1 ii 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第7 頁 式中足為設(shè)計所需的安全系數(shù)。對于滑帶反傾、無下滑力的純阻滑段，其 w s i n a 為負值，不需乘芷。至于推力的傾角，有按平行于滑坡中較長的主滑帶 計算的，亦有將各段的剩余下滑力均投影于水平面上計算的。 以上三種針對不同滑面( 帶) 計算滑坡推力的計算公式中，雖然表達式 略有不同，但經(jīng)分析不難發(fā)現(xiàn)它們的意義都一樣，即所求推力為滑體的下滑 力增大k 倍后與抗滑力的差。這種計算方法比較簡單，對于滑面為單一平面 的情況比較適用，而對于其他滑面形狀則不大適用，對于滑面為圓弧形的滑 動，這種推力的計算方法 如式( 2 - 4 ) 所示 絲毫沒有考慮條間力的影響， 并且將抗滑力與下滑力進行簡單的代數(shù)運算，由于滑面不同位置的抗滑力和 下滑力的作用方向不同，因此，這種代數(shù)運算沒有明確的物理意義，如果用 力距平衡的觀點來解釋所求推力的意義( 按照瑞典圓弧法計算滑坡推力) ， 則這樣求得的滑坡推力也是表明滑體維持穩(wěn)定需要抗滑結(jié)構(gòu)在滑面處提供 的抗滑力，而不是作用于實際抗滑結(jié)構(gòu)上的滑坡推力。其次，對于滑面形狀 為折線的滑動而言，這種計算方法 如式( 2 6 ) 所示 同樣沒有考慮條間力 的作用，而所得的推力數(shù)值只是各分條下滑力的簡單疊加。 鑒于以上計算滑坡推力方法中的不足，現(xiàn)有的滑坡推力計算絕大多數(shù)采 用傳遞系數(shù)法計算。該方法計算方便，適用范圍也比較廣泛，因此在滑坡推 力計算中得到了普遍的應(yīng)用。傳遞系數(shù)法假定條塊間的作用力方向平行于上 一條塊的底面，這就意味著該法對于滑體平動的情況較為適用，而對有轉(zhuǎn)動 趨勢的滑動或滑面較陡的情況適用性較差，所以傳遞系數(shù)法也有一定的適用 范圍。 “) 傳遞系數(shù)法計算滑坡推力 對于由一些傾角較緩、相互間變化不大的折線段組成的滑面，其滑坡推 力的計算可采用傳遞系數(shù)法。 傳遞系數(shù)法基本假設(shè)： 1 、滑坡體不可壓縮并作整體下滑，不考慮條塊之間擠壓變形； 2 、條塊之間只傳遞推力不傳遞拉力，不出現(xiàn)條塊之間的拉裂： 3 、塊間作用力( 即推力) 以集中力表示，它的作用線平行于前一塊的 滑面方向，作用在分界面的中點； 4 、垂直滑坡主軸取單位長度( 一股為1 o m ) 寬的巖土體作計算的基本 斷面，不考慮條塊兩側(cè)摩擦力。 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第8 頁 mb ) a ) 坡體分塊圖 b ) 第i 塊單元的受力圖 圖2 4 傳遞系數(shù)法圈式 由圖2 4 可知，取第i 條塊為分離體，將各力分解在該條塊滑面的方向上， 取得下列方程： e t w i n n t e i 1 c o s ( a h a d + 唧s 往i + e i ，l s 諏缸- - l d t a n t p i 了 c t l i = o 由上式可得出第i 條塊的剩余下滑力( 即該部分的滑坡推力) 最，即 e i 2 腳訊一w 毒o s a it 讎吼c ；l i 手瓢e i i 圖2 4 、式2 7 和2 8 中： ( 2 7 ) ( 2 8 ) 毋一第i 條塊的剩余下滑力： 毋廣一第( f j ) 條塊的剩余下滑力； 彤一第i 塊滑體的重量； 蓋廣第i 塊滑體的滑床反力； 奸傳遞系數(shù)， ￥i = = c o s 詆， 8 守- - s i n ( a 1 ! 一a 參t a 拜9 i c 廣第i 塊滑體滑面上巖土體的粘聚力： ，f 第i 塊滑體滑面的滑面長度： p 廣第i 塊滑體滑面上巖土的內(nèi)摩擦角： a 廣第i 塊滑體滑面的傾角： a f - ，第i 1 塊滑體滑面的傾角。 實際計算滑坡體的穩(wěn)定性還要考慮一定的安全儲備，選用安全系數(shù)k 應(yīng) 大于1 0 。目前一般采用把安全系數(shù)加在重力分量的前面，即墨阡f ”啦， 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第9 頁 這樣式2 8 變成 日= k s 矸缸加田- - w ，c o s a tt a n 妒i c 西1 l 砰z 0 ， ( 2 9 ) 如果最后一塊的晶為正值，說明滑坡體在要求的安全系數(shù)下是不穩(wěn)定 的；如果晶為負值或零，說明滑坡體是穩(wěn)定的。另外，如果計算斷面中有逆 轉(zhuǎn)，傾角啦為負值，則計算滑坡推力是盼抽“r 項應(yīng)不再乘安全系數(shù)。 ( 5 ) 分塊極限平衡法法計算滑坡推力 滑面傾角較陡且滑動時滑體有明顯的分塊、各塊之間發(fā)生錯動，則此時 計算滑坡推力采用分塊極限平衡法比較合適。 分塊極限平衡法分析滑坡穩(wěn)定狀態(tài)時，假定是在穩(wěn)定時各條塊之間發(fā)生 錯動，從而在分界面上也達到極限剪切狀態(tài)，這實際上己挖掘了該面上的潛 力，求出的安全系數(shù)為上限。如果不擬將分界面上的潛力挖掘過多，也可以 在這些界面上取較高的安全系數(shù)雎釘。本文在分析中將剪切狀態(tài)的安全系數(shù) 與滑面上的安全系數(shù)視為相同，具體分析過程如下。 a ) 各分條間的分界面垂直 各條塊間受力圖見圖2 5 ，其中的各個和均指孔隙水壓力，分析第一 塊的受力，可知 1 酮2 - 5 條塊間分界面垂直時分塊極限平衡法就算滑坡推力示意圖 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1 0 頁 其中 恥警 t 1 2 - - - 畢 即( 一q 帆卸妞”訾c o s a ，) ( c o s a i + 叁s i n a 。 4 = ( 一彬+ u c o s n ，+ 譬如n ，+ 警) ( 參c o s a 。一咖a 。) q = 譬曙c o s 卟s i n a ) 一( c o s a t + - - 套s i n ) 從第二塊受力可知 其中 d b2 一a2 如2 萬一 = 畢 ( 2 9 ) ( 2 1 0 ) ( 2 一1 1 ) ( 2 一1 2 ) ( 2 1 3 ) 或= ( 一q 2 毗也s 鳴+ 譬c o s g 2 - - 盱一a ；+ f 足2s i n a ：) 4 。：= - w 2 + u 2 c o s a 2 + - - 警s i n 譬一等等砼c o s 呼s i n 。 c ：= 譬( 如吁s i n 。： 一( c o s a 2 + - 垂- - s 血a ： ( 2 1 4 ) 對比式( 2 1 1 ) 與式( 2 1 4 ) ，可知 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1 1 頁 砍= 島一“：諷) ( c o 峨+ 皇s 誼n ： 以= 鳴一- - 叁c o s a 2 - 咖a ： = 4 也噲c 。s a ：確a ： c 2 = c 2 所以，有 其中： 如= 警峨 ( 2 1 5 ) ( 2 1 6 ) 童：竺：蔓：暨：竺莖= = ：壘竺：立。：哪， c 1 2 依次可知，第i 塊對第i + l 塊的作用力分別為 水平向力： 切向力： 其中： 蜀川2 譬帆， 。= 型迅 忍= ( 一q + 一吣+ 譬c o sa 。) ( c o s a i + - - 魯s i n a ，) 4 = ( 哪u f c o s + c k f is i n q f + 盟ka 弛k 一 吣) 鏟f 趴, i , 1 ( 式f c o s a ，痂寸一鴨+ 暑s 吣 曩1 j = ( 2 。1 8 ) ( 2 1 9 ) ( 2 2 0 ) 一 = 吒 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第12 頁 顯然對于第一個條塊，當邊界沒有外力作用。即露。= o 時： 條間作用力合力為= 撕再i 而 ( 2 2 1 ) 合力的方向為e = a r c t a n 土墜 ( 2 2 2 ) r 洲 b ) 各分條間的分界面不垂直 如圖2 6 所示，石、k 分別為作用與i 滑塊體上的各種外荷載在水平和豎直 方向的合力，方向如圖所示；尻州可以是本滑體分界面與下一塊滑體的分界 面與水平軸正向的夾角；r u + l 噩件，分別為i 與i + l 塊體交界面的內(nèi)力，方向如 圖所示。 n n 3u ， 圖2 - 6 條塊間分界面不垂直時分塊極限平衡法計算滑坡推力示意圖 分析第一塊的受力，可知 五1 2 一b _ _ t l c 1 - 一4 1 ( 2 2 3 ) z ，：生必2 ( 2 - 2 4 ) “ k 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1 3 頁 其中： q = ( s i n 3 1 2 - c o s ( c o 鴨+ 毒s i n a 。) 一 c o s 1 2 + 爭s 誣燒。一，) 最= x z c k l lc o s a , 。+ c 1 k 2 1 1 2c o s 或2 + u 血a ，) ( c o s ( 1 1 + - - 叁s i n a ，) 4 = ( 巧一- 警- s i n a ，一警咖一u 。c o s a 。) ( 魯c o s a 。一血a ， 分析第二塊的受力，可知 其中： ( 2 2 5 ) 如= b 2 c 2 - a 2 + 只2 ( 2 - 2 6 ) 毛= 畢 ( 2 - 2 7 ) ( 2 2 8 ) o 、島，也的表達式同g ，占j 、爿，的表達式，只是將相應(yīng)的下標1 換為2 、1 2 換為2 3 i i 可。以此類推可知，第i 塊給的i + l 塊的力為 垂直分界面的力 平行分界面的力 = 孚峨。( 2 - 2 9 ) 正f+t：fi,i+lri,i+lq c i , i + l l i , i + 1 ( 2 - 3 0 ) 川2 f 一 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第14 頁 其中： 4 = i 一華s i n 曠魚筍s 咻。卸o s a 妊c o s 卟s 協(xié)a ，) 馬= 卜華，+ c o s e i j + i + u 呲卜，+ 毒眥) c ，= p 。，一譬c o s b h l + 1 ) ( c 0 s ”毒蟣) - ( c o s e l j * l + 譬s 缸。妊c o s 。，“嗎 ”竺竺竺掣苧劍 ( 6 ) 滑坡推力計算的基本原則 ( 2 ，3 1 ) 原則上滑坡推力計算與其穩(wěn)定性分析方法保持一致，這樣計算的滑坡推 力和相應(yīng)的穩(wěn)定系數(shù)才能對應(yīng)。在用極限平衡法分析邊坡的穩(wěn)定性時，根據(jù) 條間力的不同假定有各種不同的穩(wěn)定性計算方法，所以也就有計算滑坡推力 的各種假定和算法。根據(jù)常見的渭移面形式，在此將其分為如下5 種并提出 相應(yīng)的滑坡推力計算方法。 l 、滑面為單一滑面，這種滑動形式的穩(wěn)定性計算方法較為簡單，其滑 坡推力采用與公式( 2 2 ) 類似的方法加以計算。 2 、為圓弧或可近似為圓弧面，在這種類型的滑動中，考慮到其整體的 力距平衡起主要作用和計算的簡便性，其滑坡推力可采用簡化 b s h i o p 法的穩(wěn)定性分析，按照類似于公式( 2 - 4 ) 的方法加以計算。 3 、為連續(xù)的曲面或滑面由不規(guī)則( 較陡) 折線段組成時，可采用j a n b u 法的穩(wěn)定性分析，按照類似于公式( 2 6 ) 的方法計算滑坡推力。 4 、對于滑面由一些傾角較緩、相互間變化不大的折線組成者，滑坡推 力計算則可采用計算方便的傳遞系數(shù)法。 5 、傾角較陡且滑動有明顯的分塊，各塊之間發(fā)生錯動，與相應(yīng)的穩(wěn)定 性分析方法相適應(yīng)，可采用分塊極限平衡法計算其滑坡推力。 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1 5 頁 性分析方法相適應(yīng)，可采用分塊極限平衡法計算其滑坡推力。 每一種滑坡推力的計算方法均與相應(yīng)坡體穩(wěn)定性計算方法相對應(yīng)，計算 原理、假定均與各相應(yīng)穩(wěn)定性分析方法相同。 2 2 滑坡推力的傳遞機理 滑坡推力的確定主要目的是為支擋結(jié)構(gòu)的設(shè)計服務(wù)，推力是怎樣作用在 支擋結(jié)構(gòu)上的是設(shè)計的關(guān)鍵之一。關(guān)于滑坡推力的傳遞機理，目前討論較多 的是土拱理論。 2 2 1 土拱效應(yīng)分析 ( 一) 拱的形成機理和研究現(xiàn)狀 關(guān)于土拱效應(yīng)，1 8 8 4 年英國科學(xué)家r o b e r t s 首先發(fā)現(xiàn)了“糧倉效應(yīng)”m 1 ， 這就是現(xiàn)在所說的土拱效應(yīng)。1 9 4 3 年，太沙基( t e r z a g h i ) 通過著名的活動 門試驗h 證實了土力學(xué)中土拱效應(yīng)的存在，并在對土拱的應(yīng)力分布進行描 述的基礎(chǔ)上，得出了土拱效應(yīng)存在的條件： ( 1 ) 、土體中存在不均勻的位移或相對位移； ( 2 ) 、作為支撐的拱腳存在。 作者認為，邊坡中當抗滑樁施工后，坡體中的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生了變化，為 適應(yīng)新的應(yīng)力、形變，土體趨向于內(nèi)力更小、更穩(wěn)定的狀態(tài)。由于抗滑樁的 存在，土體間存在了相對位移，部分土體調(diào)動其自身的受力狀態(tài)來抵抗滑坡 推力，這樣就形成了土拱( 圖2 7 ) 。 圖2 7 樁間土拱示意圖 關(guān)于兩樁之間最大間距多少時可 以形成土拱并保持其穩(wěn)定，許多學(xué)者 進行了這方面的研究工作e 3 8 4 0 ， 4 2 ，4 3 。這個“最大間距”也叫做“臨 界間距”。經(jīng)驗表明，臨界間距與滑 坡推力、滑體性質(zhì)以及樁截面形狀和 尺寸等因數(shù)有關(guān)口w 。 目前，關(guān)于拱腳的持力結(jié)構(gòu)形式尚存在爭議。主要有三種觀點m 如：一 種認為樁間土拱拱腳坐落于樁與樁間土的接觸處，即依靠樁側(cè)與土體之間的 摩阻力平衡由土拱傳遞的滑坡推力或土壓力；另一種認為支護樁就是拱腳， 支護樁的強度平衡滑坡推力或土壓力的力；還有一種認為相鄰樁之間存在兩 、1 、 一 一 二 蔓 一 二 一 一 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第16 頁 個拱體：大土拱和小土體，大土拱拱腳支承于兩樁，將拱后的滑坡推力或土 壓力傳遞給樁，小土拱位于大土拱的前方，拱高小于大土拱，其拱腳坐落于 兩樁內(nèi)側(cè)，主要借助于土體和樁側(cè)的摩阻力支承大小土拱之間由于土柱自重 產(chǎn)生的水平向壓力或剩余滑坡推力。本文認為拱腳支承是由樁間土體自身的 抗剪強度作用的結(jié)果。 ( 二) 土拱的受力分析 ( 1 ) 基本假定 a ) 、假定樁間的土拱為對稱于跨中的拋物線，樁后的滑坡推力或土壓 力全部由土拱傳到抗滑樁上，不考慮樁間和樁后滑體的抗滑作用( 即第三種 觀點中提到的小土拱) 。 b ) 、雖然樁間產(chǎn)生“楔緊”作用的土拱有一定的厚度，但一般相對其高 度而言顯的較小，所以這里不計土拱的自重。同時，不詳細考慮樁后土拱效 應(yīng)由上( 樁頂處) 而下逐漸減弱的情況，而是整體上以樁頂處土拱的形式均 勻分布來簡化分析，把土拱問題近似簡化為沿樁長方向的平面應(yīng)變問題b 引 ( 圖2 8 ) 。 c ) 、假定樁后坡體壓力沿樁間均勻分布，則其以分布力的形式作用于 土拱上，由于形成穩(wěn)定的土拱效應(yīng)后樁與坡體的變形也達到了穩(wěn)定狀態(tài)，所 以樁起到支承穩(wěn)定土拱的作用，即樁為拱腳b 引。 d ) 、本文主要討論矩形截面抗滑樁的情況，對于圓形截面的樁文獻e 4 3 進行了討論，但根據(jù)其假設(shè)和計算圖形來看，接近于矩形樁，所以對于圓形 樁，將矩形樁的公式進行一定的修改也是適用的，本文這方面就不再贅述了。 圖2 8 平面應(yīng)變狀態(tài)下土拱模型 m 2 - 9 樁間士拱簡化計算模型 ( 2 ) 計算模型 根據(jù)上述假定，沿樁長方向取單位方向為對象進行研究( 圖2 8 、2 - 9 示) 。 圖中：t 為拱圈的厚度；f 為拱高( m ) ；s 為土拱跨度( n 1 ) ； r 、礦分別為 土拱受到的水平和豎直方向的反力a ) ；g 為主拱壓力( k p a ) 。 ( 3 ) 土拱的受力分析 前面已假設(shè)土拱為二次拋物線，所以由圖2 9 可以得出土拱的合理拱軸線 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1 7 頁 y ：萼p 一出 ( 2 - 3 1 ) p ：蒜5 1 2 。s ) m 3 ql i ：- ( 2 3 4 ) “旦5 1 2 s 爭 l聊 = 毛= 島= 一般值接近于1 ，為了計算方便一般取= 1 。 ( 4 ) 土拱的截面強度和最大樁間距的確定 a ) 土拱的最不利截面是跨中截面，而該截面上的最不利點是下緣點 ( 圖2 1 0 m 點) 。 ( 2 3 5 ) 圖2 一1 0 樁后相鄰?fù)凉敖粎R處三角形受壓區(qū)圖2 一1 1 半拱腳受力詳圖 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第18 頁 該點的受力狀態(tài)如圖2 1 2 所示： 其中應(yīng)力町由軸向力控制，應(yīng)力 以由土體的自重應(yīng)力控制，根據(jù)土的 抗剪強度理論： 圖2 一1 2m 點受力狀態(tài) 0 ： (21 2 e e o s 由 3 6 ) 1 - s i n 中 上式中，c 為滑體的粘聚力( k p a ) ；9 為滑體的剪切角。 跨中軸力由式( 2 3 2 ) 已知。 所以跨中軸向應(yīng)力： 0 一坐 11 n(2-37 t8 n l t 將式( 2 3 7 ) 代入( 2 3 6 ) 得； 坐：2 e e o s ( 2 3 8 ) 8 m t1 - s i n 中 b ) 兩樁閫的土體要保持靜力平衡條件，即兩樁側(cè)面的摩阻力之和要小于樁間 的坡體壓力。分析時可取等號，其表達式為【3 8 1 ： 2 ( u t a n + c t 1 1 = q s ( 2 3 9 ) c ) 由圖2 1 0 可以看出，在樁間距設(shè)置合理的情況下，同樁體的后測局部區(qū) 域內(nèi)，相鄰兩個土拱會在此處形成三角形受壓區(qū)3 ( 圖2 一1 0 中的z o t b c 區(qū)域) 。 拱腳處最易破壞的應(yīng)該是4 c 面。圖2 1 1 中的e f 面為主應(yīng)力的作用面。 具體的說，在a c 面上根據(jù)莫爾庫侖強度準則有： r c o s ( 口+ ) 2 而c t + r 咖( 口+ ) t a i l 礦 式中：勸作用于4 c 面的合力，