围桩-土拱弦式耦合（SPSC-AC）结构抗滑效果分析

作     者：任勇江 

作者单位：华东交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郑明新

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 081401[工学-岩土工程] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：路基蠕滑 围桩 桩-土耦合 抗滑结构 抗滑效果 

摘      要：随着高速铁路里程的不断增加,越来越多的高速铁路修建在山区,山区地质条件复杂,加之降雨丰富,容易引起高速铁路路基边坡蠕动变形。在新型抗滑结构围桩-土耦合式抗滑桩（SPSC抗滑桩）基础上,针对高铁路基蠕滑提出了围桩-土拱弦式耦合抗滑结构（SPSC-AC抗滑结构）。由于该结构围桩较多、平面布置严格,桩-土作用复杂,将其应用于高铁路基蠕动治理、特别是动力作用下的抗滑效果有待进一步研究。依托合福高铁路基蠕滑防治工点,采用模型试验和有限元数值模拟手段,分析了不采用和采用SPSC-AC抗滑结构防治工况下坡体滑移情况,对比分析了在3d、4d和5d不同围桩桩间距下SPSC-AC抗滑结构变形情况、在静力和列车动荷载作用下路堤、桥台位移和SPSC-AC抗滑结构受力特点,揭示了SPSC-AC抗滑结构桩-土耦合机理,探讨了列车荷载工况下SPSC-AC抗滑结构的动力响应特征,研究成果可为高铁路基边坡蠕动整治设计提供参考。主要研究内容如下:（1）基于相似理论,确定模型试验的相似比,进一步开展模型箱设计、试验工况设计、测量系统设计、监测点位确定和准备模型试验材料,最后开展模型试验加载。（2）采集围桩桩身应变、土压力及桩顶位移数据,分析在未采用SPSC-AC抗滑结构防治工况下坡体滑移情况,对比在3d、4d和5d不同围桩桩间距下SPSC-AC抗滑结构防治的变形情况,着重分析抗滑效果及受力特点,同时对围桩桩-土耦合效应进行分析,揭示围桩间距与抗滑效果的联系,揭示桩-土耦合效应机理。（3）以现场实际和设计资料为依托,结合模型试验的研究成果,利用有限元软件Midas/GTS NX建立SPSC-AC抗滑结构防护下路基-桥墩-边坡三维数值计算模型,将列车荷载用均布荷载的形式来模拟,采用线性静力和强度折减法分析防治前路基边坡的稳定性及变形情况,对比在300mm、400mm和500mm不同围桩桩径下SPSC-AC抗滑结构防治的稳定性及变形情况,分析SPSC-AC抗滑结构的变形和受力情况,揭示围桩桩径与抗滑效果的内在联系。研究表明,在相同围桩间距下,最佳围桩桩径为400mm。（4）将列车荷载用时程曲线的形式来模拟,采用非线性时程法分析未采用SPSC-AC抗滑结构防治工况下坡体动力响应,对比250km/h、300km/h和350km/h不同列车速度下SPSC-AC抗滑结构防治下的动力响应,着重分析其抗滑效果和受力特点,探讨列车荷载工况下SPSC-AC抗滑结构的动力响应特征,得到围桩桩径取为400mm、围桩间距4d采用拱弦式围桩-土耦合结构的抗滑效果最佳,提出抗滑结构的优化建议。