郑颖人院士--基于有限元强度折减法的抗滑桩设计计算新方法.ppt

　　有限元极限分析法的原理 两种安全系数定义 强度储备安全系数 两种有限元极限分析法 　　1、滑坡推力与桩前抗力的计算 桩前抗力与桩变形有关，与桩刚度有关，刚度对抗力有较大影响。 2 推力与抗力的分布规律 计算机可显示滑面以上桩后推力与桩前抗力的水平应力分布。 桩长与滑面的关系 桩位于公路下方，桩长与滑坡体滑动面位置的关系 桩长13 m时，出现两处滑动面： 一处沿桩顶滑出；另一处沿公路内侧滑出 桩长15m时，滑动面位置与桩长为13m时相同。 桩增长至坡面时，滑动面的位置仍与13m时相同。 桩长大于17 m直至地面时，滑动面沿桩顶滑出 随桩长增长，滑动面逐渐上移。 2.3 桩的长度与滑坡体安全系数的相互关系 4 埋入式抗滑桩滑坡推力与抗力计算 桩上推力计算与推力分布 桩内力的计算 已应用于云阳、武隆、奉节、石柱四个工地，投资额2.75亿 本工程埋入式抗滑桩与 全长抗滑桩的比较 　　　　　　　　　　　　　减少量 桩长缩短22m　　　　　　47.8% 推力减少725KＮ／m 16% 弯矩减少123400KN.m　　 36% 桩体积减少(估算)450m3 65% 计算采用的力学参数 开挖前的计算结果 : 安全系数1.08，滑动面如下. 开挖后不支挡时安全系数为0.63， 滑动面如下图. 抗滑桩弯矩和剪力 没有施加锚固力时抗滑桩的最大弯矩为48100kN.m，最大剪力6560kN 设置预应力锚索后的桩的最大弯矩：11900 kN.m，最大剪力2650 kN。 不同方法计算结果比较 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 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， 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 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 分布近似为矩形。 验证支挡结构上所受的推力; 用有限元法确定桩的推力分布； 计算桩的弯矩、剪力等内力。 对桩锚结构内力进行优化。 5 抗滑桩内力计算及优化设计 崇遵高速公路高工天滑坡稳定性分析 采用抗滑桩加预应力锚索支挡措施, 两排锚索,每排3根，锚索锚固力800kN 。 岩土体采用8节点平面单元， 抗滑桩用梁单元BEAM3单元模拟。 材料 名称 重度 弹性 模量 泊松比 内聚力 内摩 擦角 kN/m3 MPa ? kPa ° 滑体 21 30 0.3 25.5 24.5 滑床 24 105 0.25 200 30 桩(C25砼) 24 29×103 0.2 考虑为弹性材料 预应力锚索通过施加集中力的方法来模拟，两个节点上施加一对相向的集中力（设计锚固力）. 接触单元模型 连续介 质模型 极限平衡法 桩土粗 造接触 不平衡 推力法 Spencer法 （kN） (kN） （kN） （kN） 6770 6440 6944 6400 滑坡推力大小 在滑坡的坡脚上方（坡高三分之一处）施加一个水平力，然后计算滑坡的稳定性，如果此时的安全系数刚好为1.0，说明此时施加的水平力刚好等于滑坡水平推力。 用边坡稳定分析 条分法计算滑坡推力 抗滑桩水平推力分布(有限元) 常规假定:三角形、矩形、梯形 只设置抗滑桩时桩的弯矩分布 只设置抗滑桩时桩的剪力分布 只设置抗滑桩时桩的弯矩分布 * * * * 有限元极限分析法在埋入式抗滑桩中的应用 重庆市地质灾害防治工程技术研究中心 中国人民解放军后勤工程学院 教授 郑颖人 　经典极限分析法适用工程设计 但适应性差 有限元法适应性广,但无法算 安全系数 　有限元极限分析法,既适用于工程 设计,且适应性广　 特别适用于岩土工程设计 　（边(滑)坡、地基、隧道） 边坡体的垂直条分和受力分析 超载安全系数 有限元强度折减法 不断降低岩土C、 值，直到破坏。 有限元增量加载法（超载法） 不断增加荷载，直到破坏。 一、有限元极限分析法在抗滑桩设计中的应用 抗滑桩的优点: 抗滑能力强,施工方便,桩位灵活,费用较低 抗滑桩设计中存在的问题: 1、无法计算桩前抗力（假设为0或剩余抗滑力） 2、无法计算推力分布规律 3、不能进行桩长设计 4、不能计算埋入式抗滑