《新型圍樁-土耦合式抗滑結構研究》共分兩個部分。第一部分針對傳統(tǒng)抗滑樁缺陷提出“圍樁-土耦合式抗滑樁”及其計算方法;第二部分針對高速鐵路路基蠕滑機理和空間特征及治理后變形“零位移”要求,在耦合式抗滑樁基礎上提出“拱弦式耦合抗滑結構”。
第一部分針對傳統(tǒng)抗滑樁在滑坡治理過程中不能充分發(fā)揮巖土體的自身強度,往往出現(xiàn)設計過于保守的問題,提出一種能夠充分發(fā)揮土體自身強度的圍樁,土耦合式抗滑結構。首先,從結構平面布置出發(fā),通過分析對比各種組合形式下的結構抗彎剛度,得出較為合理的圍樁組合;再結合土拱理論和繞流阻力法,確定結構內各圍樁的樁間距;并基于圍樁之間存在小土拱的假定,引入耦合結構影響直徑概念來評價結構的耦合效應。其次,開展模型試驗和數(shù)值模擬,通過對比分析圍樁-土的位移和圍樁間的土拱效應,揭示耦合式抗滑樁工作機理并確定圍樁樁間距和平面布置形式。最后,以影響直徑作為耦合結構的計算寬度,將耦合體作為整體推導了內力計算公式,給出了耦合結構內部各圍樁與土體的內力分配模式,率先提出了該耦合結構的設計計算理論與方法;通過工程算例證明該耦合結構可行,可為中型滑坡治理提供使用條件和設計參數(shù)。
第二部分在圍樁-土耦合式抗滑樁研究基礎上,針對某高速鐵路路基蠕滑機理和蠕滑體空間特征及工后路基變形要求,提出一種既不影響行車又可使路堤加固后微變形的“拱弦式耦合抗滑結構”;通過多種工況試驗分析驗證新型耦合結構的力學特性并確定抗滑結構的布樁形式;采用數(shù)值模擬探討了結構耦合效果的影響因素與規(guī)律,揭示了新型結構耦合效應的形成機制;基于樁-土效應對結構耦合特性的影響,提出了新型拱弦式耦合抗滑結構的理論計算方法,并將新型耦合抗滑結構應用于蠕滑路基整治中,驗證了該結構在列車動力等作用下的加固效果。
該書是作者從事新型抗滑結構多年研究成果的總結,包含了圍樁-土耦合式抗滑結構的構思、樁-土耦合效應的理論分析、模型試驗、數(shù)值模擬和新型結構理論計算方法。
《新型圍樁-土耦合式抗滑結構研究》可為鐵道、公路交通、水利、地礦、建筑等部門的工程技術人員和研究人員提供參考,也可作為高等院校巖土工程、工程地質、鐵道工程等專業(yè)大學生和研究生的參考用書。
多年來,滑坡給我國國民經(jīng)濟和人民生命財產(chǎn)造成了巨大損失,雖然治住了數(shù)以千計的滑坡,但卻花費了巨資,為此作者曾開展了為期多年的“滑坡防治工程效果評價方法及評價標準研究”;在研究過程中,作者深感傳統(tǒng)抗滑樁在滑坡治理中不能充分發(fā)揮巖土體的自身強度,多數(shù)設計往往過于保守,為此,提出一種夠充分發(fā)揮土體自身強度的圍樁-土耦合式抗滑結構極有必要。該結構的特點是:①圍樁-土耦合提高了圍樁的抗彎強度,其抗剪、抗彎強度無疑是其他等效直徑大樁所不及的。②通過注漿使圍樁-土耦形成一個整體結構。③圍樁-土耦合產(chǎn)生土拱效應并在頂部剛性連接形成耦合結構,既能調動巖土體強度又不影響排水。④布樁形式靈活并可施工機械化、迅速安全,綜合經(jīng)濟效益高。
高速鐵路的發(fā)展對路基蠕滑病害治理提出了更高的環(huán)境要求和工后微變形要求,基于某高速鐵路路基蠕滑機理和空間特征,我們提出一種既不影響行車又可使路堤加固后滿足微變形要求的“拱弦式耦合抗滑結構”。滑坡防治新型結構研究涉及滑坡工程地質、工程結構分析、現(xiàn)場測試、數(shù)值模擬、理論計算分析等領域,需要將傳統(tǒng)地質理論、結構設計理論與現(xiàn)代系統(tǒng)理論相結合,是滑坡防治研究的進一步深化,其難度較大,但又是實際工程迫切需要開展的一個應用基礎理論前沿?梢哉f,開展滑坡防治新型結構研究本身就是創(chuàng)新,其研究不僅具有較高的學術理論價值,還具有優(yōu)化滑坡防治設計的實際應用價值。正是基于這一點,本書從工程地質觀點出發(fā),將滑坡性質與防治工程結構相結合,通過測試與模型試驗、數(shù)值模擬與理論計算相結合,提出了圍樁-土耦合新型抗滑結構及其相應的設計計算方法。
本書是根據(jù)課題組從事的國家自然科學基金項目“新型圍樁-土耦合式抗滑樁的作用機理及其計算方法研究(51068006)”“干濕循環(huán)條件下煤系土強度特性及邊坡致災風險分析(51568022)”及江西省自然科學基金重點項目“基于高鐵路基蠕滑特征的新型耦合抗滑結構研究(20202ACB202005)”等項目的科研成果。參與本書編撰的還有南昌航空大學雷金波教授、河南城建學院胡國平講師(2019年畢業(yè)于華東交通大學,獲博士學位)、江蘇工程職業(yè)技術學院劉偉宏講師(2012年畢業(yè)于華東交通大學,獲碩士學位)、中國礦業(yè)大學(北京)孫書偉教授。本書的出版若能對同行起到拋磚引玉的作用,則是作者衷心希望的。由于許多問題尚在探索之中,書中難免出現(xiàn)一些問題甚至錯誤,衷心歡迎來自各個方面的批評和指導。
本書在編寫過程中得到了著名滑坡防治專家王恭先研究員、殷宗澤教授、王蘭生教授、王全才研究員的熱心支持和指導,在此表示誠摯的感謝!文中引用了許多國內外學者的文獻和資料,在此不能一一列出,謹表衷心感謝!
還要感謝華東交通大學的各級領導和同仁給予本人的大力支持和關懷,感謝徐典博士、郭楷博士、李培植碩士和孔祥營碩士等人在讀期間的辛勤工作和大力支持。校核由劉棉玲女士完成。再次對所有付出辛勤勞動及給予協(xié)助的同志致以衷心的感謝!
第1篇 圍樁-土耦合式抗滑樁工作機理與設計方法研究
第1章 緒論
1.1 耦合式抗滑結構的提出
1.2 國內外研究現(xiàn)狀
1.3 存在問題的討論
1.4 主要研究內容
第2章 圍樁-土耦合結構的布置形式
2.1 概述
2.2 耦合結構平面布置形式的解析分析
2.3 圍樁平面布置合理性數(shù)值分析
2.4 本章小結
第3章 耦合結構的模型試驗
3.1 概述
3.2 模型試驗設計
3.3 模型試驗的過程及成果分析
3.4 本章小結
第4章 耦合式抗滑結構工作機理的數(shù)值模擬
4.1 概述
4.2 耦合效應的數(shù)值分析
4.3 耦合式抗滑樁間距分析
4.4 耦合式抗滑樁的破壞模式
4.5 本章小結
第5章 圍樁-土耦合抗滑結構的設計計算
5.1 圍樁-土耦合抗滑結構的等效分析
5.2 樁-土耦合結構適用條件
5.3 設計步驟
5.4 算例分析
5.5 本章小結
第6章 主要結論與認識
6.1 主要結論
6.2 展望
第2篇 基于高鐵路基蠕滑特性的拱弦式耦合抗滑結構研究
第7章 緒論
7.1 問題的提出
7.2 降雨入滲對路基邊坡穩(wěn)定性影響研究
7.3 滑體空間效應研究現(xiàn)狀
7.4 抗滑結構研究現(xiàn)狀
7.5 圍樁-土耦合式抗滑樁研究及進一步的深化研究
7.6 研究內容和研究思路
第8章 某高鐵路基蠕滑特征與拱弦式耦合抗滑結構的提出
8.1 概述
8.2 蠕滑區(qū)的自然地理概況
8.3 蠕滑區(qū)變形特征
8.4 降雨入滲作用下路基變形特性分析
8.5 蠕滑機理分析
8.6 路基蠕滑特性分析
8.7 新型耦合抗滑結構的提出
8.8 本章小結
第9章 新型耦合抗滑結構物理模型試驗分析
9.1 理論依據(jù)
9.2 試驗設計
9.3 試驗數(shù)據(jù)采集
9.4 試驗結果分析
9.5 不同工況的試驗結果對比分析
9.6 本章小結
第10章 新型耦合抗滑結構耦合特性數(shù)值分析
10.1 抗滑結構耦合效應的形成機制及形態(tài)特征
10.2 抗滑結構耦合效應參數(shù)敏感性分析
10.3 抗滑結構耦合特性影響因素分析
10.4 本章小結
第11章 新型耦合抗滑結構理論計算與應用
11.1 考慮樁-土效應的理論計算方法
11.2 考慮樁-土效應的理論計算及應用檢驗
11.3 動荷載作用下路基加固效果分析
11.4 本章小結
第12章 結論
12.1 主要結論
12.2 展望
參考文獻