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1、 西南交通大学硕士学位论文考虑土拱效应的桃园至巴中高速公路K103+920K104+300段边坡桩板墙设计方法姓名：高翔申请学位级别：硕士专业：建筑与土木工程指导教师：赵晓彦201205 西 南 交通 大学 硕 士 研 究 生学 位论 文摘 西 南 交通 大学 硕 士 研 究 生学 位论 文 西 南 交通 大学 硕 士 研 究 生学 位论 文铁 路 及公 路 边 坡 工 程越 来 越 强调其 长 期 稳 定性，特 别是在 高 等 级 交通 工 程如高 速铁 路 、高 速 公 路 中 。抗滑 桩 是一种被广 泛 采 用 的 边 坡 加固 工 程，为了防 止 桩 问 土 体 自桩 间挤出 破坏 ，
2、或 者为了防 止 桩 间软 岩的 进 一步风 化 、剥落 ，工 程实 践 中 往往在 抗滑桩 间修建 挡土 工 程，从 而 形成 桩 与 桩 间措 施 的 一种联合 加固 边 坡 措 施 ，桩 板墙 就 是常用 的 一种措 施 。在实 际工 程建 设 中 ，由 于 影 响 抗滑 桩 的 桩 土 间相 互作用 的 因 素 很 多 ，而 且 各 个因 西 南 交通 大学 硕 士 研 究 生学 位 论 文国内 外 研 究 现 状对 于抗滑桩 的成 桩 工 艺， 国外 多 用 钻孔 钢 筋混凝 土采 用 钻孔 钢 筋混凝 土灌 注 桩 ，直径 多在 ， 深 ， 日本则多 用 钻孔 钢 管 桩 ， 钻孔
3、 直径 ，深 。进 入年代后 ， 在 小 直径 抗滑桩 应 用 的同 时 ， 为 治 理 大型滑坡 ， 大直径 挖孔 抗滑桩 开始 使 用 。 锚 索 的出现 给 工 程 带 来 了 更大的便利， 锚 索 可 单 独 使 用 也可 与抗滑桩 联合 使 用 杉跣】 够 孛 娉叽 纭 跎 倥 浣 ， 因 为 锚 索 工 程 对 滑坡 体 不 需 要 开挖， 又能机械 施 工 ， 施 工 速 度 得 到 很大的提 高 ， 施 工 费 用 也大大降低， 以及 更加 环保 ， 所 以得 到 大力 推广 。我 国于世 纪 年代开始 对 滑坡 灾害 进 行 系 统 的研 究 和 治 理 ， 开始 使 用 抗
4、滑桩 ， 西 南 交通 大学 硕 士 研 究 生学 位论 文 西 南 交通 大学 硕 士 研 究 生学 位论 文计算，虽 然 一 些 学 者 考 虑了 土拱的存 在， 但 并未形 成成熟 的计算方 法。 挡土墙所 受 土压力 计算中，较 少 考 虑土拱的影 响 ， 而 且多是 考 虑竖 向 土拱。 桩 间 挂 板 的计算， 目前较 少 有 学 者 考 虑土拱的存 在对板 上 受 力 的影 响 ， 工程实践 中， 多是 基 于 经验对挡 土板的受 力 进行近 似的土压力 计算。 故 进行考 虑土拱效 应时，桩 板 墙的设 计方 法具有 良好的理论 意 义和实际 应用 价 值 。桩 板 墙作 为滑
5、坡 治 理和高 陡 坡 路堤防 护中的一 种 有 效 手 段，其施 工简 便 ， 工期 短，防 治 效 果 好， 得 到 大力 推 广 。 但 同 时桩 板 墙的设 计与 计算理论 还 有 很 多值 得 探讨 的地方 ， 如 抗 滑桩 桩 间 距 的设 置， 现有 理论 大都 建立 在假设 的基 础 上 ， 设 计过 程主要 参 照经验值 ， 还 有 土拱效 应对于 桩 板 墙设 计的影 响 ， 原因土拱理论 目前 还 不 尽 完善，通 常在桩 板 墙设 计中大都 忽 略桩 后土拱对桩 板 墙的作 用 ， 还 有 很 多诸如 此 类 尚待 解答 的问题 ， 这 样 反映 桩 板 墙的设 计中就
6、显 得 很 保守 ， 造 成了 工程上 极大的浪费 。 这 就需 要 我们土木 人在工 作 和学 习不 断 的探索 和研 究 。 西 南 交通 大学 硕 士 研 究 生学 位论 文考 虑土拱 效 应下 的 桩板 墙桩的 受力分析 和挡 土板 的 土压力计 算 。简要描述 了本 课 题 的 选 题 背景 、 国 内 外 研 究 现 状 及 本 论 文 的 主 要研 究 内 容。最 后 ，对 研 究 中 所作的 工 作进 行 总 结 ，并提 出了相 应的 展望 。 西 南 交通 大学 硕 士 研 究 生学 位 论 文 西 南 交通 大学 硕 士 研 究 生学 位 论 文图 段 斜坡 平 面图 西
7、南 交通 大学 硕 士 研 究 生学 位 论 文据巴中市 气象台 和 所属 县 级 气象站 多 年 观 测 资 料 ， 测 区 气候 属 亚 热带季 风 气候 ，具冬 暖 夏 热的 特 征。多 年 平均 气温 ， 最 热为拢。 ， 极 端 最高 气温达 妫 罾 湮 月 ， 极 端 最 低 气温达 一 ；多 年 年 均 降 雨 量 为鹆 蜕 ， 降 水集中在 月 。温湿 季 风 环 境利于 植物生长和 岩 土的 物理 风 化。工程 地 质 条 件第 四系 全 新统 ： 西 南 交通 大学 硕 士 研 究 生学 位论 文各 地 层岩 性如 表 至所示 ：表 地下 水位銎鋈： 【 一 瘢 弧一 西
8、南 交通 大学 硕 士 研 究 生学 位论 文 髟膨乡膨膨育 ， 岩 性呈 破碎 状， 块径。以上 颜 色 暗， 节 理 裂 隙 发育 ， 岩 质 软， 锤击易 碎 ，风 化明显 ， 属 强风 化层。以 下 颜 色 新鲜 ， 节 理 不发育 ， 岩 质硬 ， 锤击声 脆 ， 属 弱风化层。甈；， 西 南 交通 大学 硕 士 研 究 生学 位 论 文地 层柱状图缪块 石土 ：浅 灰 色 ， 湿 ，中密 ， 骨架 颗 粒为砂岩及少量 泥 岩 ， 块 石， 含 量 约 ， 粘 粒冲填， 其中髟 西 南 交通 大学 硕 士 研 究 生学 位论 文表 钻 孔柱 状图钻 孔位 置地 层柱状图阁 ：茸毛 爹
9、目鼍 蓼阉：臣 藿爹卜 、 ， 仁 卅震漂 卵石土 ： 紫 色 ， 漂石、 卵石各 占 。卵石成分 主 要 为石英砂岩 ， 硅 质 岩 ， 偶见 灰 岩 ，块 石为紫 灰 色 砂岩 。：、：， ：一： 西 南 交通 大学 硕 士 研 究 生学 位论 文钻 孔柱 状图钻 孔位 置地 层柱状图艮 习 ： ；离卺 爹粉 质 粘 土 ： 黄 褐 色 ， 硬塑 状， 土 质 不均 匀 ， 可见 的 碎 石分 布 ， 石质 成分 主 要 为砂岩 、 泥岩 ， 粒径一般。二 阁 块 石土 ： 紫 红 色 ， 稍 泥 岩 ： 紫 红 色 ， 中厚层状构 造， 泥 质 结 构 ，节 理 不发育 ， 岩 质 硬
10、，小刀 可 刻 画 ， 断向 半直， 岩 心 呈 短柱状， 节 西 南 交通 大学 硕 士 研 究 生学 位 论 文表 地下 水位銎鋈地 层柱状图阁 ：离翟巨翟茸翟块 石土 ： 黄 灰 色 ， 稍湿 ， 松 散 ， 块 石含 量 ， 粘 土 含 量 ，块 石块 径 一般在， 块 石成份 为多 为砂岩 ， 少量 为泥岩 。砂岩 ： 浅 灰 色 ， 中厚构层。状节构理造裂，隙粉不砂质发育 ，结 西 南 交通 大学 硕 士 研 究 生学 位 论 文钻 孔柱 状图钻 孔位 置地 层柱状图阁 絨阁 ： 西 南 交通 大学 硕 士 研 究 生学 位论 文地 层柱状图 西 南 交通 大学 硕 士 研 究 生
11、学 位 论 文较差 ， 不 能 作 支 挡 结构基 础 持 力 层 ， 但可 作 为 路 基 ； 中 风 化层 岩体相 对 较完 整 ， 稳 定性 较好， 具 一定 承 载 力 ， 可 作 崩 坡积体两侧桥 墩 持 力 层 。地 层 西 南 交通 大学 硕 士 研 究 生学 位论 文 西 南 交通 大学 硕 士 研 究 生学 位 论 文第 页崩 坡积体 调 查 范 围 内 未 见泥 石 流 等 其 它不良 地 质现 象 及 特 殊 性岩土 。 西 南 交通 大学 硕 士 研 究 生学 位 论 文 西 南 交通 大学 硕 士 研 究 生学 位论 文心匕 西 南 交通 大学 硕 士 研 究 生学
12、位 论 文在 上式 中：乃为作 用 于 第 槎 位 嫔系幕 至 ；巧 蝐 ， 为地 震 综 合 影 响 系数 ， 取籇 为水 平 地 震 系数 ， 按 地 震 烈 西 南 交通 大学 硕 士 研 究 生学 位 论 文地 震 烈 度 考虑。如表 所 示 。表 各 条块设 计参 数 表粘 聚 力 西 南 交通 大学 硕 士 研 究 生学 位 论 文表 斜 坡稳 定 性 计算 表稳 定系 数 西 南 交通 大学 硕 士 研 究 生学 位论 文本章 对该段 边坡加固 前 的 斜坡稳定 性手 进行了 全 面 的 分 析， 首 先阐 述 了 工 点 的 地层 状况 ， 从 赤 平 投 影分 析得 到该边坡
13、处 于自 然稳定 ； 接下来讨 论 了 斜坡稳定 性的 计算方 法， 确 定 了 设计参 数 的 取值， 并采 用 传 递系 数 法对斜坡进行了 条 块 划 分 和 验算 ， 分别 对三 种工 况 匀蛔 刺 灾 丶 颖 甑 淖 纯 觥 灾 丶 拥 卣鸬淖 纯 进行了 稳定 性计算 。 对边 坡进行稳定 性评价 ：斜坡整 体处 于自 然稳定 状态 。 计算 结果反映 ， 在 强 降 雨及 工 程扰动 的 情况 下， 有可 能 造 成 斜坡土 体失 稳滑动 。 最后提出 我 们 的 处 置方 案 ， 采用 桩板墙防 护。 西 南 交通 大学 硕 士 研 究 生学 位论 文桩 板 墙 一 方面是利
14、用 抗滑桩 桩 身强度 ，滑面以 下 锚 固 部分 桩 周土 体的 弹 性抗力 来平衡滑面以 上 剩余 边坡推 力 ，使 其边坡保 持稳定 ，另一 方面通 过 挡土 墙 连 成一 体形 成类似 于 连 续墙 有效 的 将 边坡推 力 通 过 抗滑桩 传 至 稳定 地层 ，以 达 到 边坡加 固 的 目 的 。桩 板 墙 是通 过 挡土 板 将 单 桩 的 抗滑桩 连 成一 个 整 体，并作 为一 个 整 体来 受力 ，由于挡土 板 传 递给 单 桩 的 力 对于 抗滑桩 的 工作 状态影 响 不大，桩 板 墙 是以 抗滑桩 为主 要当 有桩 间 土 拱产生并处于 静 态平衡时 ，必 须 要 满
15、足桩 间 的 静 力 平衡条件 ，也 就 是 西 南 交通 大学 硕 士 研 究 生学 位 论 文图 土 拱空 间 模 型图图 土 拱受力 模 型平面图 篙羔所 以 在相 邻两 个桩 的合理 中 心 距为W计 算 。 西 南 交通 大学 硕 士 研 究 生学 位 论 文第 页，为抗 滑桩 的截 面惯 性 矩 。 西 南 交通 大学 硕 士 研 究 生学 位 论 文， 为 抗 滑 桩 的截 面 惯 性矩 西 南 交通 大学 硕 士 研 究 生学 位 论 文当 正 时， 土 压 力 形 成 三 角形 的分 布 ； 当 死 时， 土 压 力 形 成 矩 形 分 布 。 西 南 交通 大学 硕 士 研
16、 究 生学 位论 文哆等 湛 ： 一一孚蛉，堕一等吩 焕 觫 受挠曲后的 微 分 求解的 。 锚 固 段顶 点 受水 平荷载 的 挠曲微 分 方 程 为式 中堑鼗饔 迷 谧系 乃 娇 沽 籜为 水 平位 移。通 过 代 数运 算 ，得 到抗 滑 桩 锚 固 段任 一 截面 的 内 力 和 位 移：弯 矩：溉 嫫 杖 砸； 西 南 交通 大学 硕 士 研 究 生学 位论 文蔫鬻蜴一脚骗一肛 羔 盟哆器鲤慨的 位移 和内力了 。 西 南 交通 大学 硕 士 研 究 生学 位论 文抗 滑 桩主 要 设 计参 数见 表。地 面 横坡 角 度 西 南 交通 大学 硕 士 研 究 生学 位论 文图 抗 滑
17、 桩弯 矩 图 西 南 交通 大学 硕 士 研 究 生学 位论 文图 抗 滑 桩剪 力图 西 南 交通 大学 硕 士 研 究 生学 位论 文图 抗 滑 装 土反 力图计算数据 如 下： 西 南 交通 大学 硕 士 研 究 生学 位论 文 西 南 交通 大学 硕 士 研 究 生学 位 论 文计算如 下： 西 南 交通 大学 硕 士 研 究 生学 位论 文坫怕榫娱惚焰沾越铈斩墓贰薷壮凇藓牒搿薅酢蕖薅桊俦馗骑该甑牟醤弛弱融弱弱 西 南 交通 大学 硕 士 研 究 生学 位论 文而 土拱 的 大小直 接决 定 了 挡土板 板 后的 土压力大小，如 图 所 示 ，当 不 考 虑 土兰 西 南 交通 大学
18、 硕 士 研 究 生学 位论 文图 西 南 交通 大学 硕 士 研 究 生学 位 论 文存 在的 一些 问题进 行 了 深 入 研 究 。虽然 桩板 墙 的 发展已 经 有 了 几 十年了 ， 但在设 计方 法上 并 没 有 达到 统 一， 还有 些值 得 推敲 的 地方 ， 主要 体 现在以下几 个方 面： 西 南 交通 大学 硕 士 研 究 生学 位论 文 西 南 交通 大学 硕 士 研 究 生学 位论 文同 时 我 要 向 实 习 单 位 交通 厅 公 路 规 划 勘 察 设计 院 的 领 导 和 同 事 们表 示 由 衷 的 感 西 南 交通 大学 硕 士 研 究 生学 位 论 文参 考 文 献 西 南 交通 大学 硕 士 研 究 生学 位论 文学 报 ，
