水泥土樁加固邊坡變形破壞機理與穩(wěn)定性研究.pdf

1、在航道開發(fā)建設的同時，不可避免產生大量的人工開挖高邊坡，邊坡土質多存在淤泥質粘土，粘土，填土等軟弱及不穩(wěn)定巖土層，邊坡穩(wěn)定性不足，必須對邊坡進行治理。因邊坡高度大，坡線長，范圍廣，采用傳統(tǒng)的鋼筋混凝土抗滑樁方案存在建設工期長，工程造價高等問題。目前，通過深層攪拌法或高壓噴射注漿法形成水泥土樁來加固軟土地基在工程建設中得到了廣泛的應用。但水泥土樁用于基坑、邊坡和路堤等工程加固時，穩(wěn)定性分析尚無統(tǒng)一的規(guī)范遵循，水泥土樁加固邊坡的變形破壞特性

2、、抗滑機理、合理布樁結構形式以及設計計算理論等都缺少相關研究資料，理論研究滯后于工程實踐。
　　基于此，本文在國內外相關研究的基礎上，通過室內試驗、模型試驗、數(shù)值模擬、理論分析等方法，對水泥土樁加固邊坡的抗滑特性、工作機理以及設計計算理論等進行了系統(tǒng)研究，主要的研究工作與結論如下:
　　(1)完成了178個試樣的室內試驗，內容包括單軸抗壓、徑向劈裂和三軸壓縮，分析了水泥土的強度特性和變形破壞特性。根據水泥土剪脹過程所受到的影

3、響因素，建立了水泥土剪脹角模型方程。同時根據論文研究目的，選取了適合描述水泥土材料力學性質的本構模型和強度準則。
　　(2)詳細介紹極限平衡法和有限元強度折減法應用于邊坡穩(wěn)定性分析的原理、方法及其各自的適用性。分析了D-P強度準則與M-C強度準則的等效性，并對相關參數(shù)進行探討，結果表明D-P準則參數(shù)α有效范圍為0≤α≤√3/6。對D-P系列準則的在邊坡穩(wěn)定計算上的精度進行了分析，擴展了強度折減法所采用的屈服準則范圍。
　　(

4、3)運用Abaqus結合強度折減技術對水泥土樁加固邊坡的變形破壞特性和抗滑機理進行數(shù)值模擬分析。結果表明:采用離散水泥土樁加固邊坡，當邊坡失穩(wěn)時，剛度和強度都較大的水泥土樁呈S型撓曲變形而發(fā)生彎折破壞。傳統(tǒng)極限平衡法假設樁體只發(fā)生剪切破壞，計算結果將會高估加固邊坡的穩(wěn)定性。提出了水泥土剪力墻的概念，通過數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，采用水泥土剪力墻加固邊坡，因墻土界面摩擦力的作用，下滑力在剪力墻和滑體間得到調整，最終促使加固邊坡產生整體剪切破壞，從而有

5、效發(fā)揮剪力墻的抗滑能力。
　　(4)以20∶1的幾何相似常數(shù)建立水泥土樁復合地基水平剪切模型試驗，試驗結果顯示離散水泥土樁和水泥土剪力墻的變形破壞特性、抗滑機理與數(shù)值模擬的結果相似，模型試驗得出的規(guī)律證明了數(shù)值模擬結果的合理性。
　　(5)基于數(shù)值模擬和模型試驗研究，提出了幾個離散水泥土樁加固邊坡的整體穩(wěn)定性分析簡化計算方法，通過對8個算例的分析證明等效抗剪強度法精度較高，宜在設計中優(yōu)先采用。進一步地，將支持向量機(SVM)

6、、粒子群算法(PSO)和強度折減法(SRM)相結合，建立了水泥土剪力墻加固邊坡的SRM-SVM-PSO設計優(yōu)化技術，利用Matlab編制了相關程序，算例分析表明，通過優(yōu)化剪力墻的設計變量，加固邊坡的安全性和經濟性都得到了滿足。
　　(6)以長洲水利樞紐三線四線船閘引航道邊坡加固工程為例，進一步闡明了高壓旋噴樁加固引航道軟土邊坡的變形破壞特性及合理加固結構形式。采用飽和-非飽和土滲流固結理論，分析了航道水位變化對飽和-非飽和加固邊坡