桩前大开挖及爆破震动对悬臂桩与嵌固段岩体相互作用的影响机理研究

Currently，the premise of effective resistance sliding of anti-slide pile is of stable embedded rock mass and enough pile strength. But under the condition of big embedded rock mass excavation （Especially Blasting excavation） before the pile, the studies whether rock mass can guarantee the cantilever pile role effective and landslide stabile is still blank. The application to be carried out to study the interaction mechanism of embedded rock mass and the pile when rock mass is excavated. After analyzing geological condition of rock around the embedded pile, static and dynamic parameters of rock and soil are acquired by indoor and field test. based on elasto-plastic mechanics theory, interaction mechanism model of embedded rock mass and the pile was given。Stress, strain and deformation and failure mode of embedded rock mass was studied by numerical test and indoor physical model test, and the corresponding relation of landslide thrust mode and resistive slide width, embedded depth is got, a suitable geological-numerical-static mechanics model is established, and last interaction mechanism was revealed; stress and deformation rules of cantilever pile and its embedded rock mass are obtained under the diffirent location, frequency, conditional amplitude and durationof blasting load, and the dynamic interaction model is studied. Based on all above reachet, how the static and blasting excavation effect the interaction of pile and rock is focused on, ant it provide scientific basis for engineering design and excavation construction of mountain landslide.

目前设计的抗滑桩阻滑有效的前提是具有稳定的嵌固段岩体与足够的桩体强度。但桩前嵌固段岩体大开挖（尤其爆破大开挖）条件下，嵌固段岩体能否保证悬臂桩作用有效与滑坡稳定的研究尚属空白。本申请拟对桩前嵌固段岩体开挖时的桩与岩体相互作用机理开展研究。在分析桩前岩体工程地质条件基础上，通过室内及现场试验获取岩土（静）动力学参数；基于弹塑性力学理论，提出桩前非开挖、大开挖时桩与岩体静力相互作用模型；开展数值及模型试验，研究静态开挖条件下嵌固段岩体应力与变形破坏模式；获得滑坡推力模式与阻滑宽度、嵌固深度的关系，得到合适的地质-数值-静力学模型，揭示岩体与桩静力相互作用机理；开展数值仿真，得到桩前不同爆破震动位置、频率、振幅及持续时间条件下悬臂桩及嵌固岩体应力变形规律，研究爆破时桩与岩体动力相互作用模型；以上述成果为基础，获得桩前静态及爆破开挖对桩与岩体相互作用的影响，为山区滑坡工程设计及施工提供科学依据。

抗滑桩阻滑有效的前提之一是具有稳定的嵌固段岩体，不同桩前阻滑岩体宽度和高度下，悬臂桩与嵌固段岩体相互作用差异显著。采用理论分析、物理试验和数值模拟，研究了桩前岩体大开挖条件下桩-岩相互作用机理，主要工作如下：（1）理论研究。研究不同桩前阻滑宽度下岩体破坏模式，推导了塑性区高度计算公式；基于弹塑性力学理论，推导了桩前大开挖时，不同形式侧向应力条件下桩前岩体的应力分布规律，并提出了岩体足够稳定所需保留的宽度与高度、侧向应力、岩石抗拉强度之间的判别式。（2）均匀岩体变形特征与破坏形式物理模拟试验。开展多组均匀岩体推桩物理模拟试验，研究了不同岩体宽度条件下，岩体应变和位移、抗滑桩应变随滑坡推力的变化规律及不同宽度时岩体破坏模式。（3）层状岩体变形特征与破坏形式物理模拟试验。以三层水平岩层为例，研究了高、中、低等三种强度下，岩体应变和位移、抗滑桩与岩体相互作用力随滑坡推力的变化规律，比较了不同强度层状岩体的破坏模式。（4）桩前大开挖下桩-岩相互作用数值模拟研究。建立不同的滑坡推力、岩体宽度、高度、坡角和嵌岩深度数值模拟模型，分析了岩体应力、位移、桩顶位移随宽度和高度等的变化规律，得到了桩侧应力分布形式随岩体宽度和高度的转化规律，得到了宽度一定时不同滑坡推力下保持稳定所允许的岩体高度，高度一定时桩前岩体充分发挥应力所需最小宽度。（5）静力大开挖条件下悬臂桩嵌固深度和桩前基岩阻滑宽度优化研究。通过数值模拟，研究了多种滑坡推力下，不同宽度、不同高度的岩体内塑性应变以塑性区变化规律，基于强度折减法，拟合得到了岩体安全系数分别与岩体宽度、高度之间的关系式。（6）不同动力开挖条件时岩体变形及破坏模式数值模拟。通过动力数值模拟，研究了爆破荷载作用下桩前岩体变形规律，分析了桩前不同岩体宽度及高度、滑坡推力与爆破荷载时塑性区的分布规律。研究成果对指导桩前岩体开挖下抗滑桩设计具有重要的理论及实用价值。