Engineering Reports:拱-弦耦合抗滑结构理论计算的工作机理与方法

路基由于受到降雨和长期循环荷载等因素影响会发生变形,进而导致上部结构逐渐变形甚至破坏。组合抗滑桩的结构设计是应对这个问题的有效手段,国内外学者对滑坡抗滑桩三维动力学特性进行了大量研究。其中,关于滑坡驱动力的空间分布方面,桩的布置优化和多桩组合是该领域研究人员相当感兴趣的课题。而且,路基在高铁轨道设计中的要求更为严格,其保护范围内严禁施工,所以不宜采用大直径抗滑桩进行加固,只能采用多个小直径抗滑桩组成抗滑桩组合结构进行加固。

路基蠕变区的空间形态

为此,河南城建学院胡国平博士等人针对路基滑体典型的三维特性提出了一种新型的拱-弦耦合抗滑结构。作者采用二维数值分析模型对此结构建立计算模型并分析。数值模型中土体采用莫尔-库仑模型,桩与连梁采用线弹性模型,桩-土接触界面采用考虑粘结力的库仑摩擦模型求解。之后作者着重分析了此结构与土体之间耦合效应的形成机理,并不同于以往桩间拱形土体形成后不会变形的假设,考虑到桩间土体产生位移,有效拱形土体会逐渐趋于平坦,此模型通过特殊布置的多排桩来限制桩间土体的位移,并通过减少桩间土体的逃逸量来严格控制土体的变形。使桩后土体的微小位移能形成提供有效抗滑效果的土拱。这也是拱-弦耦合抗滑结构实现小变形的关键机制。最后,作考虑到桩与土的相互作用。在微型桩群理论计算方法的基础上,加入桩间土对结构抗滑效果的影响,作者提出了一种适用于新型抗滑结构的理论计算方法。

拱弦耦合抗滑结构的空间构型及其俯视图

综上所述,作者总结该结构在加固蠕变路基方面具有以下优点: 

1.  由于抗滑桩布置的优化,结构中使用的桩数较少,从根本上减少了桩基施工对现有高铁的干扰。 

2.  由于抗滑桩直径小,可以采用机械化施工,大大缩短施工周期,避免对既有铁路的长期干扰。 

3. 虽然减少了桩的总数,但由于桩的布置与桩的受力分布完全对应,桩的抗滑性有效提高。 

鉴于上述优点,新型抗滑结构可用于现有高铁蠕变路基的加固,避免常规加固工程因运行和较长的施工周期对铁路造成进一步的破坏。 

土体塑性变形区域发展过程

论文信息:

Working mechanism and method for theoretical calculation of arch–chord coupled anti-sliding structure

Guoping Hu*, Yingzhi Xia, Xiaoxue Ruan, Mingxin Zheng

Engineering Reports

DOI: 10.1002/eng2.12454

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/eng2.12454