强震作用下土岩复合边坡抗滑桩结构失效机理与安全控制研究

地震是边坡及其抗滑结构失稳破坏的诱发因素，我国是多地震国家，地震所造成的崩塌、滑坡等次生灾害往往掩埋房屋、阻断道路，加重灾情或阻碍灾后救援。实践证明，边坡的抗滑结构有效地提高了边坡的稳定性，减小或避免了灾害程度，地震作用下边坡及其抗滑结构的稳定性问题已经成为岩土工程十分重要的具有挑战性的课题。因此，加强边坡及其抗滑桩地震反应研究，揭示抗滑桩内力变化规律，探索抗滑桩抗震设计优化措施具有重要的工程意义。本课题在前人研究的基础上，针对土岩复合边坡的嵌岩悬臂桩、嵌岩锚拉桩两种抗滑桩的模型设计，以及抗滑桩内力测试方法开展详细研究工作。采用大型模拟地震振动台系统和数值模拟方法，针对土岩复合边坡，详细研究在强震作用下嵌岩悬臂桩、嵌岩锚拉桩两种抗滑桩型式的桩身结构内力分布特征、破坏形式、抗震效果，以及抗滑结构的参数优化方法等，为该类土岩复合边坡的抗滑桩的抗震设计提供理论依据。

近年来，地震作用下边坡及其抗滑桩结构的稳定性问题，已经成为岩土工程十分重要的具有挑战性的课题。本项目以地震灾区典型土岩复合边坡为背景，针对强震作用下该类边坡抗滑桩结构的变形、破坏特征、形式、失效机理与安全控制措施等方面进行了详细的调查和系列试验研究工作，达到了预期研究目标。项目组以汶川地震灾区为调查区域，主要集中在绵阳科学城、都江堰、映秀、汶川、茂县、理县，以及汶川地震灾区的公路边坡沿线。调查表明，在汶川地震灾区，多为高山峡谷地形，断裂构造发育，岩性以砂岩、砂砾岩、板岩、千枚岩、泥页岩、碳酸盐岩和花岗岩为主。强烈地震作用下，受地形和复杂地质条件的影响，边坡（斜坡）除了产生常见的崩塌、滑坡两种破坏形式外，还有以下2种特殊的破坏形式，即（1）浅层高速溜塌；（2）岩崩抛射。强震作用下边坡抗滑桩变形破坏基本形式包括4种，即（1）桩体倾斜变形；（2）桩体折断破坏；（3）桩间土溃决破坏；（4）桩-土-岩整体滑动破坏。在上述现场调研的基础上，以地震灾区典型土岩复合边坡及其抗滑桩结构为例，开展了大型相似材料物理模型试验和数值模拟分析。分别针对嵌岩悬臂桩、嵌岩锚拉桩两种抗滑桩型式，输入典型的强震记录，研究边坡及其抗滑桩的动力反应规律，包括位移、加速度、桩后土压力及抗滑桩的内力变化等，详细分析了强震作用下边坡抗滑桩变形破坏的机理。同时，本课题在分析传统的传递系数法的基础上，考虑了地震力与地下水作用，重新推导了其计算公式，得到了改进的传递系数法和合理确定桩前土体抗力的基本原则，提出了刚性抗滑桩内力计算新方法。项目组研发了适用于复杂边坡及其抗滑桩结构的远程实时监测系统，并获得2项国家发明专利。针对强震区土岩复合边坡与抗滑桩结构特点，在桩型、桩位、内力计算、桩间距、嵌岩深度、监测技术与方法等方面提出了优化建议和对策，为该类土岩复合边坡抗滑桩的抗震设计提供了理论依据。