抗滑桩加固滑坡体地震反应离心机模型试验及分析

抗滑桩加固滑坡体地震反应离心机模型试验及分析地震滑坡是地震所产生最主要的地质灾害类型之一,严重危害生命和财产的安全。为能够避免或最大程度地减轻地震滑坡的危害,有必要对地震滑坡产生机制和规律进行研究。

抗滑桩因其自身特点已在实际滑坡加固治理中得到广泛应用。目前国内外对于抗滑桩静力设计方面的研究取得较多成果,然而对地震作用下堆积型滑坡体中抗滑桩的抗震性能研究较少,远远落后于工程实践。

因此,有必要加强堆积型滑坡及其抗滑桩加固地震反应方面的研究,揭示地震作用下抗滑桩的抗震受力机理,为抗滑桩抗震设计提供重要理论价值和科学意义。鉴于此,本文以某典型堆积型滑坡作为研究的参考原型,设计完成了4组50倍重力加速度条件下堆积型滑坡及其抗滑桩加固地震反应的离心机振动台模型试验,并借助数值模拟和数值分析手段对其进行了相应的拓展。

本文的主要研究工作如下:1.阐述了离心机振动台模型试验技术以及试验所用设备的基本情况,重点从试验模型、传感器布置、传感器标定、试验模型制备及地震动输入等方面详细介绍了堆积型滑坡体及抗滑桩加固滑坡体的离心机振动台模型试验设计,可为类似的离心机振动台模型试验方案设计及模型制作等提供有价值的参考。2.完成了1组堆积型滑坡地震反应的离心机振动台模型试验,分别从地震反应宏观特征、位移响应特征、滑坡坡面水平向、坡面竖直向、坡体内水平向、基岩处水平向加速度响应特征、地震波类型与地震波峰值对滑坡地震反应的影响以及滑坡坡体对输入地震动的影响等方面进行了详细、系统的分析,给出了不同类型、不同强度地震动作用下堆积型滑坡地震反应的特征与规律。

3.完成了3组抗滑桩加固滑坡体的离心机振动台模型试验,对比分析了静动

力条件下堆积型滑坡体中桩侧土压力以及抗滑桩桩身弯矩沿高程分布的异同点。结果表明,桩间距较大时,桩侧土压力以及桩身弯矩在静动力加载条件下其最大值出现的位置均不同。

比较分析了不同桩间距、不同滑体含水量时抗滑桩加固堆积型滑坡在不同类型、不同强度的地震波作用下动土压力、桩身动弯矩的分布规律,研究了加固滑坡中加速度响应特性和地震波传播规律。4.利用有限元软件实现了黏弹性人工边界的施加,并通过算例验证了其有效性和稳定性。

结合室内土工试验的参数,建立了抗滑桩加固滑坡体离心机振动台模型试验相对应原型的有限元数值分析模型,通过数值计算结果与模型试验结果的对比分析验证了有限元数值模型的可靠性。通过数值计算拓展了地震波作用下考虑桩间距、桩嵌固深度、桩截面尺寸以及桩弹性模量等方面的抗滑桩力学性能,应用灰色关联分析方法分析了抗滑桩桩身最大动弯矩影响因素,为抗滑桩的抗震设计提供一定的参考作用。

5.基于极限平衡理论,推导得出了综合考虑水力条件、坡顶超载、坡顶张拉裂缝、水平地震荷载和竖向地震荷载等多参数的边坡动力稳定性安全系数表达式,重点分析了坡顶超载作用下这几种参数对边坡动力稳定性的影响;建立了灰色支持向量机的边坡位移预测模型,将其预测结果与灰色预测模型以及单一支持向量机预测模型的预测结果进行了对比;基于堆积型滑坡地震反应的离心机振动台模型试验基础上,利用正交设计方法建立了堆积型滑坡加速度响应影响因素的正交试验预测模型,研究了影响堆积型滑坡地震反应的主要因子。