穿过隧道的滑坡工程治理研究—埋入抗滑桩的原理与设计(郑颖人).ppt

穿过隧道的滑坡工程治理研究埋入抗滑桩的原理与设计,郑颖人王恭先雷文杰宋雅坤梁斌解放军后勤工程学院,,穿过隧道的滑坡工程越来越多，此类滑坡滑体厚度大，工程风险大，费用高，成为滑坡治理的一大难点。重庆奉节～云阳高速公路分界梁隧道出口段滑坡采用埋入式抗滑桩治理埋入式抗滑桩特别适用于埋深大的滑坡，因而用于穿过隧道的大型滑坡治理尤为合适。,前言,埋入式抗滑桩采用较短的桩可使边坡达到设计要求的安全系数，桩身内力也较全长桩大大降低，具有良好的应用前景。埋入式抗滑桩是一种经济效益十分显著的桩型，是抗滑桩设计的革新。目前缺乏合理设计方法。,云阳分界梁隧道出口段滑坡1、工程概况两条隧道通过滑坡地段,平面布置图,隧道出口位于奉节县康坪乡河沟村。斜坡沿近东西向展布。地层情况上层崩坡积物覆盖中间层残坡积层碎石土基岩三叠系上统须家河组砂岩,残坡积物主要为含碎石粘性土灰黄色，由粉粒和粘粒组成呈可塑状。含有少量的砂岩碎石含量约占15～40，分布不均。滑体土强度c28Kpa，Φ20滑带土强度c20Kpa，Φ17,,,经中铁西北科研院分析认为，目前老滑坡处于基本稳定状态。1滑体厚度较大，结构松散，透水性好，表水容易沿之渗入坡体，造成滑体土和滑带土饱水，使滑带抗剪强度降低，影响滑坡的稳定2随隧道的开挖及河流冲刷仍存在老滑坡变形复活的可能。并对隧道形成侧向压力。,2、埋入式抗滑桩的机理与设计方法桩长设计存在的问题（1）桩长延伸到地面是否能确保边坡的稳定；（2）桩长延伸到地面是否必要会不会造成浪费。,2.1埋入式抗滑桩的桩长设计,抗滑桩桩长伸到地面,坡体也会从顶部滑出，称为“越顶”现象抗滑桩桩长不伸到地面，也能保证安全，如埋入式抗滑桩。但到底桩长多少才能保证安全目前还不清楚。,2.2桩长与滑面的关系,,边坡示意图,算例,滑坡计算方法,1、采用数值方法有限元强度折减法2、可以自动算出滑坡的滑动面3、可以利用数值分析算出滑坡的稳定安全系数4、可以计算有支护情况下的稳定安全系数,用有限元强度折减法滑坡体的安全系数1.02，极限平衡法算得滑坡体安全系数1.04。,桩位于公路下方，桩长与滑坡体滑动面位置的关系,,,,,桩长变化与滑动面的位置桩位于公路下方,桩位于公路下方时，当埋入桩长度为7～11m时滑坡体的破坏形式为滑面通过桩顶沿剪出口滑出。,桩长13m时，滑坡体出现两处滑动面一处沿桩顶滑出，剪出口位置改变；另一处沿公路内侧滑出桩长15m时，只有上述次级滑动面，滑动面位置与桩长为13m时相同。当桩增长至坡面时，滑动面的位置仍与桩长为13m时相同。,,,,,,,,,桩长变化与滑动面的位置（桩位于公路上方）,,,,,,,,,,,桩位于公路上方时，桩长为7，9m时，滑坡体加固后的滑动面通过桩顶并经剪出口滑出；桩长为11m时形成次级滑动面，且与桩长为13，15，17m次级滑动面位置大体相同，都是沿公路内侧坡角处滑出；,桩长大于17m直至地面时，滑动面沿桩顶滑出，随桩长增长，滑动面的位置逐渐上移，剪出口位置也不断上移。,2.3桩的长度、位置与滑坡体安全系数的相互关系,,桩长变短可降低造价，但桩长变短，滑动面不断下移，滑体的稳定安全系数逐渐降低。当稳定安全系数低于设计中规定的安全系数时，桩的安全储备不足，随桩长增长，当桩的稳定安全系数达到设计规定安全系数，即为沉埋桩的合理桩长。,桩长、桩的位置与边坡安全系数之间的关系,桩长、桩的位置与边坡安全系数之间的关系,当桩位于公路下方时，桩的长度为7m，9m，11m时，滑坡体的安全系数从1.13增加到1.19，说明增加桩长可以增加滑坡体的安全系数；继续增加桩长，滑坡体的安全系数仍然保持在1.19。如果设计安全系数为1.15，则桩长9m时，稳定安全系数为1.15，满足设计要求，所以桩长9m即为合理桩长。,桩的强度设计只保证安全系数为1.15，超过此安全系数表明桩已破坏，因此再增加桩长只会造成浪费。桩的位置设在公路上方桩长9m时，稳定安全系数1.17超过1.15，所以该桩位的合理桩长也为9m。,2.4桩身抗滑段所受的滑坡推力,一般抗滑桩求解桩内力时，需要知道桩后推力和桩前抗力，桩后推力一般可通过传统方法求得桩前抗力只能作些假设近似求得或视作为零。用有限元法时，对桩采用梁单元，只要对岩土材料进行强度折减使其进入极限状态，就可直接求出桩的推力含抗力与内力。,抗滑桩在同一安全系数下，桩长缩短，桩身抗滑段所受滑坡推力比全长桩低，说明桩顶滑体自身可以承担一部分滑坡推力。,桩身内力,有限元强度折减法计算抗滑桩的桩身内力时，通过将滑坡体的岩土材料进行强度折减使滑坡体进入极限状态，就可以计算抗滑桩的桩身内力包括剪力、弯距。用有限元强度折减法求桩内力时不需要先知道桩上的滑坡推力。,桩长与内力关系,桩身剪力,桩身弯矩,埋入桩桩体的锚固段的剪力比全长桩的剪力降低，埋入桩的弯距比全长桩降低的幅度较大。当桩位于公路下方桩长为9m时，桩身抗滑段的最大剪力为全长桩的92.7，锚固段的最大剪力为全长桩的51.9，桩的最大弯距只是全长桩的48.8,模型尺寸3.52.82.02米模型桩长2.2米,1.8米,1.5米,1.2米,合理桩长1.5米,抗滑桩室内模型试验,模型计算与数值计算比较,１、当试验加载到某一荷载时，计算结果与试验结果同时发生破坏２、试验获得的破坏面与计算获得的破坏面相同３、沉埋桩顶上土体所受推力，试验与计算基本相同４、沉埋桩所受的推力，试验与计算基本相同，推力分布也相同５、沉埋桩所受的桩前抗力，试验与计算基本相同，抗力分布也相同,3、本工程埋入式抗滑桩的计算,本滑坡以Ⅱ剖面为例，隧道穿过滑面，隧道上半部位于滑面以上堆积层中，下半部分位于滑面下基岩中，切断滑坡。当未设隧道时，老滑坡的安全系数1.08当隧道穿过滑坡时，隧道周围岩土松动而导致土体强度降低，安全系数为1.02处于破坏的临界状态，因而采用支挡措施是十分必要的。,设计安全系数的确定,设计计算参数,设计安全系数原来采用1.20，依据交通与水电部门，对一些较为重要的工程设计安全系数一般取1.25至1.30，并考虑桩长设计缺乏经验，这次设计对桩长安全系数取1.3。对推力计算安全系数可取1.25至1.30，计算中取1.3。,合理桩长的确定,断Ⅱ地质剖面图,有限元模型,隧洞开挖考虑隧洞顶上6米，两侧各3米土体松动，强度下降，粘聚力下降2/3，内摩擦角下降1/2。,可见桩长为24m时滑坡的稳定性已经达到了设计安全系数的要求。,合理桩长下滑动面位置滑动面位于隧道上方,桩上推力计算与推力分布,这一推力已以考虑了桩前抗力，是桩后推力与桩前抗力之差。,桩长为24m时的推力的分布近似为矩形，而传统方法是无法做出推力分布的。,桩内力的计算,4、结论,本工程埋入式抗滑桩与全长抗滑桩的比较比值桩长缩短22m47.8推力减少725KＮ／m84弯矩减少123400KN.m64桩体积减少估算490m370,埋入式抗滑桩是一种经济效益十分显著的桩型，是抗滑桩设计的革新。特别适用于埋深大的滑坡，因而用于穿过隧道的大型滑坡治理尤为合适。目前对该桩型已在理论上作了深入的研究；并经室内大型模型试验的验证，但尚缺乏大量工程实践的验证。正在进行现场监测验证。,谢谢大家,,