开题报告模板3

重庆大学研究生文献综述及学位论文选题报告学生姓名辛亚辉学号20081602138导师姓名干腾君论文题目滑坡治理中预应力锚索抗滑桩作用分析研究方向土木工程题目类型应用研究1•文献综述1・1课题研究背景及意义滑坡是由山体沿其内部软弱带或软弱面作整体的间歇滑动引起的，是一种多发的又常能对人民的生命、财产造成巨大危害的不良地质现象。我国是一个多山的国家，也是滑坡广泛分布的国家。滑坡几乎遍及全国各个省区，特别是我国西南地区，滑坡发生更为频繁。据不完全统计，西南地区发生的滑坡约占全国滑坡次数的一半以上，而我国已受到滑坡灾害威胁和可能受到滑坡威胁的地区约占全国陆地面积的1/5〜1/4。滑坡滑动的岩土体，可大可小，小的百余立方米，大的可达几十万立方米至数千万立方米，甚至上亿立方米。它的发生往往给国民经济带来巨大的危害。它破坏各种建筑物，冲断公路铁路，淹没村镇，破坏农田、森林，阻塞河道，严重威胁广大人民的生命财产安全。如1989年1月7日，正在建设的云南省大型水电站漫湾工程在开挖左坝肩的过程中突然发生一次高达100m的岩质边坡滑坡，其总面积为10.8万m3。滑坡发生于强风化流纹岩地区，该边坡岩体存在着一组十分发育的顺坡向节理，滑裂面即沿此组节理面发育。这一滑坡使电站推迟一年发电，直接经济损失超过亿元。在铁路、公路建设中，由于边坡开挖导致的滑坡事故更是屡见不鲜。如2003年5月11日，贵州省三穗县台烈镇三穗至凯里高速公路正在施工的平溪特大桥3号墩附近发生山体滑坡。20余万m3的滑体掩埋施工棚，死亡35人。由此可见，对滑坡进行研究和防治具有重大的意义。对滑坡治理的工程措施主要分为四类⑴，即绕避滑坡(改移线路、用隧道避开滑坡、用桥梁跨越滑坡、清除滑体)；排水(地表截、排水和地下排水)；力学平衡(削坡减载、反压和支挡工程)；滑带土改良(滑带注浆、滑带爆破、旋喷桩和焙烧)。在滑坡治理中排水和力学平衡两种工程措施被经常应用，其中支挡工程被广泛应用，这是由于它们能迅速恢复和增加滑坡的抗滑力使滑坡得到稳定，特别是对工程滑坡的预防和治理。支挡工程包括抗滑挡土墙、抗滑桩、预应力锚索抗滑桩、预应力锚索框架或地梁等。抗滑挡土墙和预应力锚索框架或地梁多用在中小型滑坡，对于大、中型滑坡来说，从治理效果、施工难易、工程造价等方面综合考虑，较多地选择抗滑桩或预应力锚索抗滑桩来解决问题。这是因为抗滑桩具有抗滑能力大、对滑坡稳定性影响小、布置灵活、施工安全简单、开挖断面小、污工体积少、见效快、能校核地质情况等特点，因而在工程中被广泛推广应用，不仅使难度较大的滑坡能得到治理，而且几乎取代了抗滑挡土墙。然而，由于普通抗滑桩是一种近乎被动受力的悬臂式杆件结构，它的受力状态不尽合理，桩的设计截面尺寸、桩在滑动面以下的埋置深度和桩身内力都很大，耗费材料较多，工程造价较高。随着预应力锚索技术的应用，如果仅单独使用锚索治理滑坡，如锚索墩、锚索梁等，用锚索拉力来平衡滑坡推力，由于锚索是靠小的承压板锚固滑体，锚固面积小，锚索的强度不能完全发挥，尤其在滑动面处锚索的抗剪能力很差［2］。如果将强劲的预应力锚索在抗滑桩桩头部施加2〜4束，预应力锚索锚固于滑动面以下的稳定地层中，使抗滑桩一锚索形成联合的受力体系，用稳定力矩来平衡倾覆力矩，就大大地发挥了锚索的抗拉作用，同时使悬臂式抗滑桩变成了近似的简支梁式结构，即改变了抗滑桩的受力状态，减小了桩身弯矩和剪力，因而减小了桩的截面和埋深，节省材料和造价，并且锚索控制了桩头的位移量，变普通抗滑桩的被动受力为主动受力，减小了滑体的位移，对保持滑带或潜在滑带的强度有好处。重庆市金鸡岩煤矿、四川省江油某厂和成昆铁路莫洛三个滑坡的应用实践表明，预应力锚索抗滑桩比普通抗滑桩可节省投资30%以上，得到了越来越广泛的应用⑴。预应力锚索抗滑桩这一新型的支挡结构由于其显著的优越性，得到了广泛的应用。但预应力锚索抗滑桩的作用机理和设计计算等理论的研究远远滞后于工程应用。目前在工程中应用预应力锚索抗滑桩主要还是以专家和设计人员的经验判断为依据进行。通过经验所确定的预应力锚索抗滑桩的截面尺寸、桩间距、锚索预应力大小等与实际情况会有一定的误差，而由于这种误差的存在，在实际设计施工中所确定的施工方案总是偏于保守的，这样就导致材料资源的浪费，使工程造价提高。并且现在的设计方法（传统设计法）或是避开问题的复杂性，简单地按简支梁分析；或是将滑面以上按静定结构计算，滑面以下按winkler弹性地基梁计算，而没有考虑锚索和抗滑桩的变形协调。实际上，从施加预应力到由于滑坡推力的作用使得锚索受力进一步增加，锚索经历了弹性拉伸，而桩身位移则经历了向坡体内位移转为向坡体外位移的过程。考虑到锚索的弹性变形过程，因而怎样处理锚索力将是一个难点，如何考虑抗滑桩与锚索以及滑坡体之间的协调变形是建立预应力锚索抗滑桩力学模式的关键，并且抗滑桩施加预应力锚索后，使抗滑桩上的滑坡推力发生变化，实际上预应力锚索抗滑桩的滑坡推力分布形式如何。鉴于对预应力锚索抗滑桩的研究理论不够完善，尤其是对预应力锚索抗滑桩与滑坡体之间相互作用机理的研究不够完善。因此研究预应力锚索抗滑桩的受力特性和与滑坡体的相互作用机理来证明该结构具有受力机理正确、结构合理、工程费用低等优点和对进一步合理确定作用于预应力锚索抗滑桩上的荷载以及合理进行预应力锚索抗滑桩的内力分析具有非常积极的意义。1.2预应力锚索抗滑桩体系的发展过程20世纪60年代以前国内外在滑坡防治中除地表和地下排水工程外，在支挡工程方面多采用抗滑挡土墙和小直径的抗滑桩，但多用在中小型滑坡上。国外如日本采用钢桩，在直径40cm的钻孔中放入直径38.5cm、壁厚2〜4cm的钢管，然后灌注混凝土，桩间距2〜2.5m，桩头用钢筋混凝土承台联成一个整体。根据要求，钢桩可以布设一排、两排或三排，由于钢桩截面小、抗弯能力差，主要是利用钢材的高强度增大滑动面的抗剪力。美国和前苏联多采用直径0.8〜1.2m的钻孔钢筋混凝土灌注桩，桩头也采用钢筋混凝土承台或梁联结⑴。20世纪60年代中期铁道部科学研究院西北分院同其他铁路设计部门在成昆铁路建设中共同研究开发了大截面挖孔钢筋混凝土抗滑桩取得成功。由于它抗滑能力大、对滑坡稳定性影响小、施工方便、见效快，很快得到广泛的应用。但是在用于治理大型和特大型滑坡时，由于滑体厚度和滑坡推力的增大，常常使抗滑桩桩身截面很大，埋深很长，造价高，施工困难。如有的桩截面达3.5mX7.0m，桩长达50〜60m，表现出抗滑桩受力不合理，且带来材料的浪费及施工慢等⑵。到了70年代中期，在深入研究抗滑桩的受力状态和设计理论的同时，又研究开发了排架桩、刚架桩等新的结构形式，改变了抗滑桩的受力状态，节省了圬工和钢材。预应力锚索，又称地锚，是一种强有力的受拉构件［3］，由于它采用了比一般钢筋强度大3〜5倍的钢绞线，这种钢绞线可弯曲性好，并且锚索工程不开挖滑体，又能机械化施工，比抗滑桩工程可节省造价50%。1918年西利西矿山开采首先使用锚索支护岩体，1934年阿尔及利亚开始使用预应力锚杆，用于舍尔法坝的加高工程；20世纪70年代英国在普莱姆斯的核潜艇综合基地干船坞的改建中，广泛应用了预应力锚索，用于抵抗地下水产生的上浮力。我国在1964年采用了预应力锚索用于梅山水库的坝基加固。后来，预应力锚索得到了广泛的应用，不仅在坚硬岩石、裂隙岩石中应用，而且在软岩、风化岩中都可以采用。但是传统预应力锚索的内锚固段应力集中、浆体受拉易裂、锚固段较长及防腐等技术问题仍没有完全解决。后来，发展了复合型预应力锚索，如自由式拉压复合型预应力锚索⑷，采用高强低松弛无粘结钢绞线、拉压复合型结构及单孔多锚头结构，改善了锚固段应力集中状况，具有复杂地层适应性强、锚固段不扩孔、采用一次注浆工艺、能全程有效防腐等优点，增强了锚固效果，提高了锚固寿命，这种锚索对软弱岩体，特别是承载力低的土体永久性加固具有不可替代的作用。随着预应力锚索技术的应用，铁道部科学研究院西北分院于80年代中期研究开发了预应力锚索抗滑桩，它是一种全新而有力的新型抗滑支挡结构，它是由抗拉强度大的预应力锚索和嵌固抗滑效果好、支挡面积大的抗滑桩联合组成，其受力状态是在抗滑桩顶部施加预应力锚索2〜4束，以改变一般抗滑桩的悬臂受力条件，即将一部分滑坡推力转移到锚索上，由锚索承担，这样就可以减小埋于滑床中桩传递作用于桩周岩体的滑坡推力，抗滑桩埋于滑床中的深度相对减短，并使原来的悬臂抗滑桩变成了一端近似铰支另一端近似弹性固端的一种梁式结构。同时施加预应力使抗滑桩由原来的被动受力状态改变为主动受力状态。一般抗滑桩的桩身内力大，且最大抗力发生在滑面的附近，造成桩身截面过大，抗滑桩锚固段长度为整个桩长的1/3〜2/5，而预应力锚索抗滑桩的使用，使抗滑桩单纯嵌固的特点得到了改善，在桩顶使用预应力锚索施加与位移相反的反向力控制桩顶位移，使抗滑桩的受力更合理，大幅度减少桩身内力、桩身截面及埋置深度，达到了节省材料和降低造价的目的。预应力锚索抗滑桩具有“主动支护、柔性支护、概念明确、经济合理”的特点，其结构主要由抗滑桩、预应力锚索、锚具等组成，位于滑面以下稳定基岩内的锚索称为锚固段，其余为张拉段［肌1.3普通抗滑桩的研究现状预应力锚索抗滑桩的研究是在抗滑桩的基础上开展起来的。因此有必要回顾一下抗滑桩的研究现状。抗滑桩在支挡滑坡的过程中主要承受侧向力，但它和一般建筑地基以及桥梁桩基中承受竖向力的桩性质完全不同，一般桩基是直接承受荷载并主动向土中传递应力的“主动桩”⑹，而滑坡治理工程中的抗滑桩并不直接承受外荷载的作用，只是由于滑坡体在自重或其他外因的作用下发生变形和移动，而被动的承受坡体由于变形而产生的滑坡推力。所以，抗滑桩又被称为“被动桩”。被动桩与岩土体之间的相互作用是一个十分复杂的课题，迄今为止，国内外对其研究得还不充分，因此抗滑桩的设计计算研究也一直处于一种不断探索的阶段。1.3.1抗滑桩的内力计算研究综述对承受（岩土体）侧向位移的被动桩，国外的研究多侧重于土坡变形作用到桩体上的情况，尤其是对海港工程，堤坝工程中承受软粘土变形的被动桩。Franx(1948)、Heyman(1961)和Wenz(1973)等卩-9］均对承受土体侧向位移的桩给出了一些定性的资料，反映了土体的位移与桩的破坏有着密切的关系；Heyman(1965)、Nicu(1971)、Oteo(1974)g12］等根据试验测量结果描述了一些桩内力与相应的土体位移之间的定量关系。对于承受土体水平位移桩和桩群的设计计算，已提出了许多的方法。Ito和Matsui在1975年基于刚性桩分析得出的计算抗滑桩所受下滑力的公式，在国外抗滑桩设计中得到了广泛的应用 ［13-14］。Stewart(1994)等［15］进一步将现有的计算方法归纳为三种：(1)压力法；(2)位移法;(3)有限单元法。其中有限单元法计算抗滑桩的内力，又可分为平面应变和三维分析，当采用平面应变计算桩土相互作用时，桩用等值的板桩墙替代，其抗弯刚度等于桩土的平均抗弯刚度，从而把桩群直接分成单元网格进行计算。布兰斯比(Bransby)等［16］使用三维有限元方法进行分析时，土按线弹性模型计算，计算结果与离心模型试验结果较一致，由于该法使用复杂，一般只能用来解释和确定桩土相互作用性状和一般趋势，却很难在设计中使用。在国内对于抗滑桩的计算研究主要集中于加固岩土体边坡方面［17-19］,尤其以加固大、中型破碎岩体滑坡为主。对于普通抗滑桩的计算，将滑坡推力作为外荷载作用于抗滑桩上，桩与岩土相互作用的力学计算模型一般采用线弹性Winkler地基梁模型。这种计算方法称为压力法。根据对桩前滑体的考虑方法不同，又可分为两种，即悬臂桩法和地基系数法。励国良［20］根据滑坡与桩相互作用的特点，提出了抗滑桩与滑坡体相互作用的位移模型，利用地基系数法通过假定滑体发生一个系统允许的整体位移和桩在滑动面处力的平衡条件进行桩的内力计算和相应的地基计算。对于平面应变和三维有限单元法在国内也有学者进行了研究计算。有限单元法是根据桩的材料和桩周岩土体的试验资料为依据，把桩和岩土作为一个共同体，在荷载作用下进行变形和应力分析，并求出桩和岩土中各部分在滑坡推力作用下的位移和应力。有限元法作为普适性较好，模型化能力强的数值方法，对于任何复杂程度的桩一土相互作用问题都是一个可行的途径，是种“以不变应万变”形式和途径都较为统一、可编程性好的数值分析方法。1.3.2抗滑桩的模型试验和数值模拟研究综述对于抗滑桩，国内外学者作了一些试验研究。Mstsui等［21］为验证Ito等［22］提出的作用于抗滑桩上土压力计算公式，在长60cm、宽30cm、深30cm的钢制模型箱内进行了一系列模型试验。试验结果表明，作用于桩上的侧向土压力随土体位移增加而增加，在达到峰值后，粘土的侧向压力基本不随位移再增大，而砂土则稍微有所减少。在国内，二十世纪六、七十年代铁道部西北研究所对堆积土滑坡中已建抗滑桩桩背滑坡推力进行了实测，来检验设计滑坡推力的大小和图式，得到滑坡推力分布的一些规律。八十年代初，西北研究所进一步对单根抗滑桩受力条件做模型实验研究，对桩前滑体具有不同的极限抗滑力时抗滑桩的受力条件；桩锚固深度不同时抗滑桩的受力条件；桩前滑体的极限抗滑力及桩的埋深固定时，随着下滑力的增大，桩前滑体的抗滑力、桩身变位、弯矩及抗力的发展变化这三种情况进行模拟得到：当滑动面以上桩前滑体的极限抗力不能克服时，虽然有滑面存在，但不能真正起作用时，抗滑桩与普通侧向受荷桩无本质区别的结论。但试验假设桩土为平面应变状态，没有研究群桩的受力性状和桩间距问题。铁道部第二勘察设计院徐良德、尹道成等通过室内模型试验,对滑体为松散介质、粘性土时，作用在抗滑桩上的下滑力、桩前滑体抗力、锚固段地层反力的分布规律进行研究，为设计计算提供了一定依据。刘成宇、王建华［231(1985)就滑动面软弱夹层对抗滑桩受力状态的影响进行了模型试验研究。还有一些单位对抗滑桩其他结构形式的受力状态进行试验研究。随着计算机技术的迅猛发展和数值方法的日益成熟，除了上述试验研究外，有限元分析方法也运用到抗滑桩与土相互作用的分析研究中。高同阶0］(1984)以狮子山滑坡为例，将平面有限单元法应用到具有软弱滑带的地质条件复杂的滑坡上，把滑坡和抗滑桩作为整体进行分析，证明此法是可行的。刘成宇、冷伍明［251(1993)对抗滑桩的合理锚固深度进行实验研究，同时对桩土作了有限元三维分析。池淑兰、李克才［26］(1991)对狮子山第二根试桩进行了非线性空间有限元分析，计算结果与试桩资料吻合较好，说明空间非线性有限元分析法是一种有效方法，反映了抗滑桩研究的动态。人们通过工程实践和模型试验发现，在两抗滑桩之间的岩土体存在着成拱效应，两桩之间的滑坡推力可以通过土拱作用传递到两侧的抗滑桩上，因此，应用土拱理论来分析抗滑桩上的荷载也是一条值得探索的途径。关于此方面的研究，多集中于基坑开挖中的桩侧向土压力分析上，对边坡工程中土拱效应的研究较少,W.L.Wang对边坡中的土拱效应进行了研究旳，将土拱的形状视为直线，推导了桩间土体的压力传递计算公式。常保平［28］、王成华等［29］也都根据土拱理论对桩间距问题进行了计算，但对桩间土体的传力机理未作详细的研究，并且也没有对预应力锚索抗滑桩的土拱效应进行研究。1.4预应力锚索抗滑桩的研究现状对于预应力锚索抗滑桩的计算，国外在这方面的研究相对较少，国内由于在工程中的大量应用，相应的试验研究、现场测试和理论研究较多，以铁道部科学研究院西北研究所等铁路部门的研究机构为代表，并在修建铁路中将这一技术进行了推广应用。目前利用锚索与抗滑桩的位移变形协调条件求解锚索的设计拉力是被普遍认可的一种方法，因为其充分考虑了从张拉锁定到抗滑桩一起抵抗滑坡推力这一过程中应力的变化，计算结果更可靠。我国在这一方面处于世界的前列。预应力锚索抗滑桩结构，自1983年在重庆金鸡岩试用桩长7m的预应力锚索桩治理滑坡工程以来，已成功地应用在重庆松灌矿务局选矿厂滑坡（竣工年限18年）、重庆红双一级公路K18+600处高21m的下边坡滑坡（竣工13年），重庆菜园坝片区改造工程（上有城市公路，下有三幢24m高的大楼）中的公路下边坡滑坡（竣工12年）等30余项治理工程中，它们的工作情况至今良好。1.4.1预应力锚索抗滑桩内力计算方法研究综述王化卿、周德培、励国良，田景贵、余振锡、申益民等0-351都对预应力锚索抗滑桩的设计计算进行过分析研究，总的来说目前预应力锚索抗滑桩的计算方法可分为两类，即不考虑锚索与抗滑桩协调变形和考虑锚索与抗滑桩协调变形的方法，由于后者的合理性，预应力锚索抗滑桩的计算趋向于采用后者。但在具体的设计计算中，有关预应力的确定和抗滑桩本身的计算模型由于均忽略了桩后岩土体的作用而存在不足。对于预应力锚索抗滑桩的内力计算方法，有的只是将锚索预应力视为一个不变的外荷载作用于抗滑桩上，其余计算同普通抗滑桩；有的虽然考虑了桩与锚索的协调变形，却没有进一步考虑锚索预应力的施加而引起桩后岩土体的效应问题。抗滑桩是否需要加锚索或者是加几排锚索以及锚索的预应力值如何确定，仍未见详细的阐述。由于抗滑桩与锚索形成了联合受力体系，故锚索预应力的确定与抗滑桩的内力计算有着密切的关系。所以，现有预应力锚索抗滑桩中内力计算方法的不足之处导致了锚索预应力值确定的不合理。下面分别简述一下上面提到考虑和不考虑预应力锚索与抗滑桩协调变形的两种方法。（1）不考虑预应力锚索与抗滑桩协调变形的方法。该方法中直接将预应力与滑坡推力作为荷载施加在抗滑桩上，滑面以上按结构静力问题计算，滑面以下按Winkler弹性地基梁计算，并且认为锚索的拉力就是所施加的预应力，在工作过程中其值保持不变。这种方法计算简单，但由于在滑坡推力作用下未考虑预应力锚索与抗滑桩的协调变形，理论上有明显的不足［36］。如文献［34］、［37］将预应力锚索抗滑桩的受力图式简化为顶端铰支，下端弹性固支的简支梁式结构，设计简化为：由作用于每根桩上的滑坡推力和桩前滑面以上岩土抗力来计算出桩在滑面处的剪力Q，预应力锚索拉力按1/2〜4/7Q设00计，此方法将预应力锚索与抗滑桩连结简化为铰支，未考虑预应力锚索受力后出现的弹性伸长，与实际受力情况不符［31］；文献［19］取抗滑桩锚固端处弯矩M=00来计算预应力锚索拉力，未考虑桩身及预应力锚索受力后的变形，这也与实际不符。薄长顺［38］等在衡广复线曾设计两座拉杆锚固桩墙，采用分段计算法和有限差分法，分段计算法将抗滑桩锚固段与悬臂段分成两部分计算，锚固段作为固端,按一次超静定求解拉杆拉力，解除约束后按弹性地基梁求解锚固端内力，该计算方法在计算拉杆力时未考虑锚固段的变形与位移，当锚固段周围岩性较差或风化较严重时，采用该模式与实际出入较大。考虑预应力锚索与抗滑桩协调变形的方法。该方法也将预应力与滑坡推力作为荷载，但在计算滑坡推力作用时考虑了预应力锚索与抗滑桩的协调变形，因此锚索拉力在工作过程中是变化的，即考虑了预应力施加后由于滑坡推力作用引起锚索内力的改变，这种方法在理论上比第一种方法更合理。如前苏联学者n・k•金布格b・s•依申柯提出用控制桩顶水平位移的方法计算锚索拉力，该方法考虑了抗滑桩与桩周岩土的共同作用以及抗滑桩的变形，但把桩顶变形作为已知条件，忽略了锚索的变形与抗滑桩的共同作用；周德培、王建松［31］建议将抗滑桩、锚固段桩周岩土、锚索作为一个整体，视为超静定结构，锚索与抗滑桩的连接处按弹性支承，抗滑桩按弹性地基梁计算，即横向变形约束弹性地基梁法计算预应力锚索抗滑桩的内力。该法是在分析总结了以往一些算法的基础上，结合岩石高边坡工程的特点建立起来的，因而具有一定的合理性。但是，没有分析锚索预应力的确定问题，而在预应力锚索抗滑桩的设计计算中，锚索预应力的确定是一个非常重要的问题。以上虽然考虑了锚索与抗滑桩的协调变形，却没有进一步考虑锚索预应力的施加而引起桩后岩土体的效应问题。1.4.2预应力锚索抗滑桩模型试验和现场监测研究现状对于预应力锚索抗滑桩的加固机理以及加固效果这方面的研究，国内外基本上还处于起步研究阶段，只有极少量的研究成果公开发表。一些学者只是试图通过模型试验去研究预应力锚索和抗滑桩联合体系的受力特征，从而分析预应力锚索抗滑桩的加固机理。如曾德荣，李霖［39］通过模型试验和现场监测研究，得出预应力锚索改变了抗滑桩的受力模型，使抗滑桩由悬臂梁式改变成了(弹性)简支梁式，或一端弹性支承另一端固定的简支梁式结构，并且锚索预应力的施加，对土体产生了“主动”的反压力，改变了土压力的分布规律，由悬臂桩的三角形分布改变为近似的梯形分布。曾云华，郑明新盹］通过室内预应力锚索抗滑桩的模型试验，得出滑坡推力对抗滑桩的作用大致呈矩形分布；锚索预应力的作用，使桩前的一部分土体受压，该受压区的c、增大，从而增大抗滑力。由于现场试验的周期长、费用高，目前还没有对预应力锚索抗滑桩进行系统的现场试验研究。1.4.3预应力锚索抗滑桩数值模拟研究综述国内外对抗滑桩的数值模拟研究较多，如唐志成，徐良德［41］采用有限元法进行了抗滑桩的非线性分析，JinohWon等［42］及GR.Martin等的采用FLAC软件进行了抗滑桩的三维模拟。预应力锚索抗滑桩结构相对于普通抗滑桩复杂，进行数值模拟相对困难，国内外的研究资料较少。张友良等中］根据有限元理论和Winkler假设建立了预应力锚索抗滑桩的力学模型，抗滑桩桩身一般采取2节点4自由度梁单元，锚索采用杆单元来模拟。抗滑桩对滑动面以下桩前土体产生的作用力按弹性地基局部变形理论计算，滑动面以上桩前滑体的抗力，由极限平稳时的滑坡推力曲线或由桩前被动土压力确定。作用于桩上的滑坡推力，由设计位置的推力曲线确定。抗滑桩上的滑坡推力分布图形根据滑体的性质和厚度等因素分别按矩形、梯形、三角形分布。桩前滑体抗力分布可采用与滑坡推力相同的分布图形或抛物线分布图形。刘小丽等［42〕(2004)针对现有预应力锚索抗滑桩计算中存在的问题，提出了改进计算方法，根据预应力锚索抗滑桩的实际施工过程和受力条件分阶段计算，特别在第一阶段计算预应力作用下抗滑桩的内力时考虑了桩后滑面以上岩土体的反力作用。通过算例对现有计算方法和改进计算方法的计算结果进行分析比较，并通过与抗滑桩实测内力结果的对比，分析结果表明，改进计算方法由于理论上的合理性使其计算结果更接近实测值，这对预应力锚索抗滑桩在滑坡整治工程中的合理设计具有重要意义。魏宁等⑷1根据有限元理论和Winkler假设建立了预应力锚索抗滑桩数学模型和杆件有限元计算抗滑桩的计算模型，计算了预应力锚索抗滑桩的内力和位移，并对普通抗滑桩和预应力锚索抗滑桩的计算结果进行了比较。李双洋函1等抗滑桩采用2结点4个自由度的平面梁单元(不计轴力)来模拟，预应力锚索可通过平面铰结杆单元来模拟，推导了桩土相互作用下，用平面梁单元模拟锚索抗滑桩的单元刚度矩阵，并编写了相应的计算机程序。戴自航等［471基于地基系数法原理，采用有限差分法进行预应力锚固抗滑桩的设计计算，包括确定锚索或锚杆设计拉力、对全桩位移和内力的分析与计算。并对预应力锚固抗滑桩内力计算精度的影响因素进行了讨论。蒋新龙，郑明新［48］将土体和桩体单元采用四节点四边形单元，土体与抗滑桩的接触及滑体与滑床之间的滑带或夹层，采用有厚度的Goodman单元，同时引入Desai薄层单元的控制嵌入方法，材料遵循Druck-Prager屈服准则，应变硬化参数为零，满足相关联的流动法则。编制二维有限元程序对滑坡防治工程中预应力锚索桩结构的变形和受力进行分析，计算结果表明：锚固段桩前滑床抗力主要集中在靠近滑动面部分，在锚固段随锚索预应力和滑床刚度的大小改变可能出现反弯矩。但是建立三维有限元模型对预应力锚索抗滑桩的受力特性和内力随各个影响因素变化关系分析的研究较少。1.4.4预应力锚索抗滑桩存在的问题在工程实际的设计和选用中，预应力锚索和抗滑桩的选用主要以专家和设计人员的经验判断为依据进行，并且在设计中只是采用一些简单的组合计算，而未能考虑预应力锚索抗滑桩的协调变形以及与岩土体的相互作用，这将直接导致安全系数过大，偏于保守，造成材料资源的浪费，使工程造价提高。对于预应力锚索抗滑桩数值模拟的文献相对较少，并且建立三维有限元模型对预应力锚索抗滑桩的受力特性和土拱效应的研究较少。以前文献虽然考虑了锚索与抗滑桩的协调变形，却没有进一步考虑锚索预应力的施加而引起桩后岩土体的效应问题，从而导致预应力锚索抗滑桩上滑坡推力分布形式的改变。2•课题研究目的、内容、技术路线2.1研究目的针对上面提到的预应力锚索抗滑桩在相互作用机理和设计计算方法上的不完善之处，本文旨在通过理论分析和有限元数值模拟，总结分析预应力锚索抗滑桩的受力特性以及与滑坡体的相互作用机理，找出桩截面尺寸、桩间距、锚索预应力和滑坡体的弹性模量E、粘聚力c、内摩擦角p等各因素对预应力锚索抗滑桩内力(弯矩、剪力、桩身位移、锚索轴力)、土拱效应和滑坡推力分布形式的影响规律，从而找出合理抗滑桩的截面尺寸、桩间距和锚索预应力的大小，保证工程的安全且使预应力锚索抗滑桩达到合理的受力状态，节省工程造价，为实际工程中预应力锚索抗滑桩的设计和规范的编制提供一些有意义的参考。2.2研究内容将预应力锚索抗滑桩一滑坡体作为一个整体来考虑，把它们看成超静定结构，采用数值分析手段分别考虑不同桩截面尺寸、桩间距、锚索预应力和滑坡体的弹性模量E、粘聚力c、内摩擦角p等因素对预应力锚索抗滑桩内力、土拱效应和滑坡推力分布形式的影响，从而得出一些规律。总结分析滑坡的产生机理和滑动模式，并重点研究滑坡滑动的内外影响因素和滑面及滑带抗剪强度参数的确定方法。分析滑坡推力的计算方法，着重研究预应力锚索抗滑桩上的滑坡推力分布形式。通过分析预应力锚索与滑坡体、抗滑桩与滑坡体、预应力锚索与抗滑桩之间的相互作用关系，初步研究分析预应力锚索抗滑桩的加固机理。并简单介绍预应力锚索抗滑桩的设计原则和设计计算方法以及锚索预应力的确定方法。选取实际工程作为算例，分析所选工程的地质结构以及产生滑动变形的机理，计算实际工程的稳定系数和滑坡推力并选取治理措施，用ANSYS对实际工程进行模拟分析，计算滑面的位置和加固前后的稳定系数。研究预应力锚索抗滑桩的受力特性，分别考虑不同桩截面尺寸、桩间距、锚索预应力等因素对预应力锚索抗滑桩内力(弯矩、剪力、桩身位移、锚索轴力)的影响。研究预应力锚索抗滑桩的土拱效应，分别考虑不同桩截面尺寸、桩间距、锚索预应力和滑坡体的弹性模量E、粘聚力c、内摩擦角p等因素对预应力锚索抗滑桩土拱效应的影响，并分析抗滑桩、锚索与桩间土承担滑坡推力的比例关系。2.3技术路线论文整体思路表现为：理论分析一一收集工程资料一一数值模拟一一数据分析与现有的模型试验或现场监测资料对比一一总结分析各因素对预应力锚索抗滑桩受力特性以及与滑坡体相互作用机理的影响规律。具体技术路线可表示为：首先通过理论分析滑坡的产生机理、滑动模式和滑动影响因素；然后分析滑坡推力的计算方法和预应力锚索抗滑桩与滑坡体之间的相互作用，并选取实际工程作为算例，利用传递系数法计算滑坡推力和稳定系数并选取治理措施；最后考虑预应力锚索抗滑桩的协调变形以及与滑坡体的相互作用，利用有限元软件ANSYS对实际工程进行数值模拟：①利用有限元强度折减法计算实际工程滑面的位置和加固前后的稳定系数，稳定系数与理论计算和理正岩土系列软件计算结果对比较，找出差异；②分别计算抗滑桩和预应力锚索抗滑桩两种治理方案时的滑坡位移和支挡结构内力(弯矩、剪力、桩身位移、锚索轴力)以及抗滑桩上的滑坡推力和分布形式，进行比较，分析预应力锚索抗滑桩的受力特性，从而得出一些结论；③模拟分析得出预应力锚索抗滑桩的内力与理正岩土系列软件计算结果和现场施工监测资料相比较，分析差异；④分别考虑抗滑桩的不同截面尺寸、桩间距、锚索预应力和滑坡体的弹性模量E、粘聚力c、内摩擦角p等因素对预应力锚索抗滑桩内力、土拱效应和滑坡推力分布形式的影响，并分析抗滑桩、锚索与桩间土承担滑坡推力的比例关系，从而找出合理的抗滑桩截面尺寸、桩间距、锚索预应力大小，保证工程的安全且使预应力锚索抗滑桩达到合理的受力状态，节省工程造价，为实际工程中预应力锚索抗滑桩的设计和规范的编制提供一些有意义的参考。3•创新之处与拟解决的关键问题3・1创新之处考虑预应力锚索抗滑桩的协调变形以及与滑坡体之间的相互作用，利用有限元软件ANSYS对实际工程建立弹塑性模型，分别考虑不同的桩截面尺寸、桩间距、锚索预应力和滑坡体的弹性模量E、粘聚力c、内摩擦角p对预应力锚索抗滑桩内力、土拱效应和滑坡推力分布形式的影响规律，并分析抗滑桩、锚索与桩间土承担滑坡推力的比例关系。3.2拟解决的关键问题如何准确地找出实际工程滑面的位置及滑带的抗剪强度参数；建立实际工程的弹塑性模型，如建模时如何考虑滑带与滑床的接触以及抗滑桩与岩土体之间的接触问题以及在模型中如何改变桩截面、桩间距等问题；如何找出代表抗滑桩、锚索与桩间土承担滑坡推力比例关系的公式；如何拟合出预应力锚索抗滑桩内力(弯矩、剪力、桩身位移、锚索轴力)随不同的桩截面尺寸、桩间距、锚索预应力和滑坡体的弹性模量E、粘聚力c、内摩擦角p变化规律。4•预期目标阐明在滑坡治理中预应力锚索抗滑桩的受力特性和与滑坡体相互作用机理,并通过ANSYS数值分析得出预应力锚索抗滑桩上滑坡推力随滑坡体的弹性模量E、粘聚力c、内摩擦角和锚索预应力的分布规律以及合理的桩截面尺寸、桩间距、锚索预应力，并从中找出预应力锚索抗滑桩合理的桩间距范围，使预应力锚索抗滑桩达到合理的受力状态，节省工程造价，为实际工程中预应力锚索抗滑桩的设计和规范的编制提供一些有意义的参考。5•可行性论证本课题采用理论分析和数值模拟的手段来研究在滑坡治理中预应力锚索抗滑桩的受力特性和与滑坡体的相互作用机理，具体采用有限元程序[49ANSYS来模拟分析，本人对ANSYS比较熟悉，并且预应力锚索抗滑桩在实际工程中应用越来越广泛和近年来国内有大量关于预应力锚索抗滑桩的文献报道，这为本课题的研究提供了实际工程资料和样本。本课题具有较坚实的理论依据，并且目前本人已经收集并阅读了郑颖人等编的《边坡与滑坡工程治理》和大量有关预应力锚索抗滑桩作用分析、设计计算的期刊以及ANSYS软件方面的书籍等多方面与课题相关的各种资料，并且本人在勘察设计单位实习过三个月，对课题研究所必须掌握的知识已经有了一定程度的理解。相信在导师的悉心指导下，经过自己的不懈努力，在余下的研究生阶段的学习探索中，能够完成此课题。6•参考文献郑颖人，陈祖煜，王恭先等•边坡与滑坡工程治理[M].北京:人民交通出版社,2007.汤康民，彭胤宗•岩土工程[M].北京:武汉工业大学出版社,2001.中华人民共和国国家标准•《建筑边坡工程技术规范》(GB50330—2002)[S].北京:中国建筑工业出版社,2002.张永兴，刘新荣，王桂林等•边坡工程[M].北京:重庆大学出版社,2007.⑸苏自约，林强有,丁国贵等•岩土锚固技术的新发展与工程实践[M]•北京:人民交通出版社,2008.⑹中华人民共和国行业标准.《建筑桩基技术规范》(JGJ94—2008)[S].北京:中国建筑工业出版社,2008.FranxC,BoonstraGC.Horizontalpressuresonpilefoundations[M].Proc.2ndICSMFERotterdam.1948,13(4):131-135.HeymanL,BoersmaF.Bendingmomentsinpilesduetolateralearthpressure[M].Proc.5thICSMFE.Paris.1961,24(2):425-429.WenzKP.Largescatetestsfordeterminationoflateralloadsonpilesinsoftcohesivesoils[J].Proc.8thICSMFE.Moscow.1973,21-27.HeymanL.Measurementoftheinfluenceoflateralearthpressureonpilefoundation[M].Proc.6thICSMFE.Montreal.1965,32(2)：257-260.NicuND,AntesDR,KesslerRS.Fieldmeasurementsoninstrumentedpilesunderanoverpassabutment[J].HighwayResearchRecord.1971,35(4):90-99.OteoCS.DiscussiontoPoulos(1973).JSMFD.ASCE.1974,100(GT4):464-467.OteoCS.Horizontallyloadedpiles-deformationinfluence[J].Proc.9th1CSMFE.SpecSess10.Tokyo.1977:101-106.TomioIto.TamossuM.Methodstoestimatelateralforceactingonstabilizingpiles[J].SoilsandFoundation.1975,15(4):43-59.TomioIto.Designmethodforthestabilityanalysisoftheslopewithlandingpier[M].SoilsandFoundation.1979,19(4):152-159.BransbyMF.SpringmanSM.3-Dfiniteelementmodelingofpilegroupsadjacenttosurchargeloads[M].ComputerandGeotechnics.1996,19(4):301-324.熊治文•深埋式抗滑桩的受力分布规律[J]•中国铁道科学.2000,21(1):48〜56.张友良，朱瑞赓.滑坡整治中抗滑桩内力计算新方法[J].路基工程.2000,5(4):40〜56.李仁平，陈仁朋，陈云敏.阻滑桩加固固坡的极限设计方法 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