摘 要

我国是滑坡灾害比较严重的国家，每一次滑坡的发生都带来巨大损失，甚至是毁灭性的灾难。支挡结构是滑坡治理的主要方法之一，在山区公路建设中得到了广泛应用。随着支挡结构技术的发展，桩基挡墙已在实际工程中得到初步应用。但由于桩基挡墙结构中挡土墙的受力特征并不明确，也未形成完整的理论体系，对该支挡结构中挡土墙的设计有待进一步研究。本文通过理论计算和数值模拟分析，对某实际工程中桩基挡墙的受力状态及产生的位移进行了较为系统的研究。

首先，以库仑土压力理论为基础，分析了破裂面通过边坡和路基两种工况下土压力的理论计算方法，分别计算两种工况下的土压力，结果表明：破裂面通过路基时主动土压力值较大。

其次，运用有限差分软件FLAC3D对实际工程中的桩基挡墙碎石填土路堤典型断面进行数值模拟，分析了实际工况下挡土墙的受力状态及产生的位移。结果表明：抗滑桩的存在使得挡土墙所受土压力分布均匀，挡土墙的侧向位移微小，墙后土体受到限制，有利于挡土墙结构的稳定。

最后，分析了挡土墙设计的影响因素。研究了填土重度、填土抗剪强度、挡土墙高度、基座高度及宽度对挡土墙受力性能及位移的影响。结果表明：填土重度、填土抗剪强度、挡土墙高度对挡土墙土压力影响较大，基座高度及宽度几乎没有影响，同时这些参数对挡土墙位移均影响较大。

关键词：桩墙联合支护；挡土墙；土压力；参数分析

Abstract

China is a country with serious landslide hazard relatively. Every landslide is a great loss, even a devastating disaster. As one of the main methods of landslide treatment, the retaining structure has been widely used in the highway construction of mountainous area. With the development of technology, the anti-slide pile and retaining wall as a joint support system has been applied in the project preliminarily. However, the mechanic characteristic of the retaining wall in joint support structure is not clear enough, and has not been formed a complete theoretical system. Further research on the design of retaining wall in the joint structure is needed. In the article, the stress and displacement of retaining wall were studied systematically by theoretical calculation and numerical simulation analysis.

Firstly, based on the Coulomb's Theory of Earth Pressure, the calculation method of earth pressure under two conditions which the fracture surface through the slope and subgrade had been analyzed. And the earth pressure under the two conditions had been calculated. The results showed that the fracture surface by subgrade active earth pressure value is larger.

Then, the finite difference software FLAC3D was used to simulate the typical cross section of embankment of joint support structure with crushed stone filling. And then the stress and displacement of retaining wall were studied. It was found that the existence of anti-slide pile made the earth pressure of retaining wall uniform, the lateral displacement of retaining wall small, and the soil was limited behind the wall, which is conducive to the stability of retaining wall structure.

Finally, parameters of influence factors in retaining wall design were analyzed. The influence on the retaining wall stress and displacement of these parameters-the weight and the shear strength of backfill, the height of retaining wall, the height and width of the base were studied. The results showed that the weight and the shear strength of backfill and the height of retaining wall had greater influence on the earth pressure of retaining wall than the height and width of the base. Meanwhile, these parameters have great influence on the displacement of retaining wall.

Key words: Joint supporting structure；Retaining wall；Earth pressure；Parameter analysis

目 录

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 挡土墙的发展与研究 2

1.2.1 挡土墙研究现状 2

1.2.2 土压力研究现状 3

1.3 桩基挡墙结构研究现状 5

1.4 本文研究的主要内容 6

第2章 桩基挡墙结构中墙后土压力理论分析 7

2.1 工程概况 7

2.2 静止土压力 9

2.3 主动土压力 9

2.3.1 库仑土压力理论简介 9

2.3.2 墙后主动土压力计算 11

2.4 本章小结 13

第3章 桩基挡墙结构中挡土墙数值模拟分析 15

3.1 FLAC^3D简介 15

3.2 数值模型的建立 15

3.2.1 几何模型的简化 15

3.2.2 FLAC^3D网格模型的建立 16

3.2.3 接触面的建立 16

3.2.4 本构模型的选取 17

3.2.5 材料参数的确定 17

3.2.6 荷载及边界条件 18

3.3 挡土墙受力状态分析 19

3.3.1 墙后土压力 19

3.3.2 挡土墙位移 19

3.4 本章小结 22

第4章 挡土墙设计影响因素分析 23

4.1 填土重度的影响 23

4.2 填土抗剪强度的影响 24

4.2.1 填土内摩擦角的影响 24

4.2.2 填土粘聚力的影响 25

4.3 挡土墙高度的影响 26

4.4 基座高度和宽度的影响 28

4.4.1 基座高度的影响 28

4.4.2 基座宽度的影响 29

4.5 本章小结 30

第5章 结论及建议 32

5.1 本文主要结论 32

5.2 进一步研究的建议 33

参考文献 34

致 谢 36

第1章 绪论

1.1 引言

我国幅员辽阔，山区众多，滑坡灾害比较严重。在漫漫历史中，滑坡早有发生，更有“山崩堵江”、“移山湮谷”、“地移掩村”等词对滑坡灾害进行描绘。滑坡的主要是受河流侵蚀、地下水活动、雨水浸泡、地震等自然因素影响，土质或岩石边坡在重力作用下，整体或部分向下滑动。随着机械化程度的大幅提高，人类对自然改造的能力不断增强，大规模基础设施建设速度不断加快，由于人工开挖导致滑坡的例子不胜枚举，与此同时出现了一个滑坡灾害的多发期^[1]。在信息化的当代，了解滑坡灾害方面的信息十分便捷，同时滑坡灾害发生的数量之多，灾难之重也让人触目惊心。就在2007年的夏天，我国西南某县一个电站的工地上就出现29死5伤的大规模人员伤亡事故，这是一次由于人类工程活动引起的重大的地质灾害，原因是施工操作不当，造成山体滑塌。无独有偶，在仅仅一年多之后，该省的另一个地方在十月份因连续强降雨，引发了泥石流滑坡自然灾害，灾难的发生是惨痛的，造成了几十人伤亡和失踪，直接经济损失达97188元。在2013年的上半年，位于我国西南边陲的西藏省会拉萨的某县在地形地貌的变化，土质岩石的破碎和温度升高，天气转暖导致冰雪融化的这些不利条件之下引发了80多人伤亡的惨痛事故。

每一次滑坡的发生，不仅给国家以及人民生命财产造成巨大经济损失，而且导致人心涣散，影响正常的生活秩序，有的甚至是毁灭性的灾难，所以对这一方面的控制显得格外重要。改善边坡岩土力学强度是滑坡防治主要措施，需要我们不断地推陈出新，考虑实际情况进做出更深的研究。在传统的方法中，挡土墙是一种工程中应用广泛的支挡结构，它不仅对改善边坡岩土力学强度有显著地效果，更是因为造价低廉在工程中被广泛使用。挡土墙的结构形式不在少数，但是最常用的是重力式抗滑挡土墙和锚杆锚索挡土墙，正是因为这两种形式具有优越的结构特点以及较好的力学特性，使其成为人们应用的宠儿，既可以单独用来对土体进行支护，又能够作为联合防护和治理办法的重要组成部分。近年来，由于岩土领域研究者不断地努力，科技进步所带来的施工机械和施工工艺的提升，使得重力式挡土墙和抗滑桩联合支挡结构作为一种新型支挡结构体系逐渐在公路、铁路和建筑行业的滑坡治理中得到初步应用。