倾斜悬挑式桩板墙数值仿真与极限状态设计

作     者：张乐 

作者单位：西南交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：苏谦

授予年度：2022年

学科分类：081401[工学-岩土工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：倾斜悬挑式桩板墙 受力机理 数值计算 极限状态方程 

摘      要：随着我国西部地区交通基础建设的大力推进,山区陡坡路基支挡结构发展迅速。本文基于实际工程背景,根据工点的地形地貌和地质条件,提出了一种构造简单、环保绿色的新型倾斜悬挑式桩板墙结构。本文总结了目前国内外关于传统和新型支护结构的发展状况,并以倾斜悬挑式桩板墙结构为主要研究对象,对倾斜悬挑式桩板墙的作用机制进行了探讨。利用理论计算与数值仿真相结合的方法,探讨了荷载条件下该结构的受力及变形特点以及不同布局条件对结构的受力和变形的影响性。最后,基于可靠度理论,对该结构进行了极限状态设计。针对倾斜悬挑式桩板墙的研究,本文主要得出以下结论:(1)倾斜悬挑式桩板墙由倾斜式的桩基与挡土板组成,是适用于高陡临河山区的新型支挡结构。通过分析发现,该结构的计算方法上可沿袭传统理论,再加以修正。本文对结构变形机理及适用范围进行了数学推导及计算,为后续与有限元计算进行对比奠定了基础。结构所受荷载通过土拱效应进行了合理分配,满布推力化为对相邻两桩的集中推力,有效发挥桩体作用。(2)根据结构相关设计参数,建立结构的三维有限元模型,对结构的受力及变形规律进行了计算分析,与理论计算结果进行了对比。分析发现,结构适用于完整性好、强度高的岩质边坡,桩身锚固点处以及围岩嵌入口处为薄弱位置。在探究几何布置条件对结构的影响时,依据结构特性及相关规范提出相应考核指标,对不同考核指标下结构相关承载力进行了评价。结果发现,悬臂段桩长减小、桩基倾斜角度增大,总体上会改善结构的受力状态,当悬臂段长度超过7m后,桩背受拉超过2MPa,故适当地控制桩板墙的悬臂长度是有必要的,悬臂段和锚固段之比控制在1左右。(3)基于可靠度理论,对倾斜悬挑式桩板墙结构进行了极限状态相关设计。根据相关规范,提出了岩石侧压应力、结构抗弯、抗剪和桩顶位移四个极限状态方程。选用蒙特卡洛法和一般分离法对结构进行计算分析,得到了目标函数的可靠指标与分项系数,并确认结构受弯、受剪、位移均不失效,需控制岩体受压,其可靠指标为2.59,并建立了初步的结构极限状态设计表达式(?)本文为今后提高倾斜悬挑式桩板墙的适用性及形成系统的设计方法提供了参考。