正版现货新书 滑坡抗滑桩嵌固机理与优化控制(精) 9787030659460 李长冬等

滑坡是我国*主要的地质灾害类型之一，滑坡防治研究是当前工程地质领域的热点和难点问题。作为滑坡防治领域广泛应用的主要抗滑结构措施，抗滑桩在复合多层地层滑坡中的嵌固机理研究尚不够系统和深入。《滑坡抗滑桩嵌固机理与优化控制》重点选取三峡库区侏罗系软硬相间地层为研究对象，综合采用野外调查、原位测试和室内试验等手段，研究软硬相间地层结构与力学参数的劣化规律；建立软硬相间地层地质力学模型，采用物理模型试验、数值试验和理论分析等方法，研究软硬相间地层滑坡抗滑桩嵌固机理，提出软硬相间地层滑坡抗滑桩优化设计方法，开展相关工程应用研究。研究成果对滑坡防治工程具有一定的理论意义与工程应用价值。

目录
第1章 三峡库区秭归盆地滑坡成因机制与分布规律 1 
1.1 秭归盆地自然地理与地质环境概况 2 
1.1.1 地理位置与交通 2 
1.1.2 地形地貌 3 
1.1.3 气象与水文 4 
1.1.4 地质构造与地层岩性 4 
1.1.5 水文地质 6 
1.2 秭归盆地滑坡数据库建立 6 
1.2.1 秭归盆地滑坡调查 6 
1.2.2 秭归盆地典型滑坡 7 
1.3 秭归盆地滑坡影响因素 10 
1.3.1 地层岩性影响 10 
1.3.2 坡体结构因素影响 11 
1.3.3 库水位因素影响 11 
1.3.4 降雨因素影响 12 
1.3.5 人类工程活动影响 13 
1.4 秭归盆地滑坡成因机制 13 
1.5 秭归盆地滑坡分布规律 15 
1.5.1 影响因子的定量化 15 
1.5.2 滑坡在地形因素上的分布规律 16 
1.5.3 滑坡在地层岩性上的分布规律 18 
1.5.4 滑坡在人类工程活动上的分布规律 18 
1.6 秭归盆地滑坡防治措施 19 
1.6.1 滑坡治理工程 19 
1.6.2 滑坡监测预警 20 
第2章 软硬相间地层岩体试验与测试 21 
2.1 回弹仪试验 22 
2.1.1 回弹仪仪器 22 
2.1.2 回弹仪野外数据采集 24 
2.1.3 回弹仪数据分析 28 
2.2 承压板试验 30 
2.2.1 承压板试验设备与过程 30 
2.2.2 泥岩承压板试验 31 
2.2.3 石英砂岩承压板试验 33 
2.3 纵波波速测试 36 
第3章 软硬相间地层强度劣化机理 39 
3.1 岩块力学性质及强度劣化 40 
3.1.1 岩块单轴压缩试验 40 
3.1.2 岩块强度劣化 44 
3.2 岩体结构劣化 46 
3.2.1 岩体结构面统计与网络模拟 46 
3.2.2 分形方法估计岩体强度 58 
3.2.3 岩体强度劣化公式的确定 62 
3.3 基于地质强度指标GSI 法的岩体劣化公式验证 63 
3.3.1 地质强度指标GSI 法 63 
3.3.2 侏罗系砂岩劣化参数的验证 65 
3.4 江水干湿循环致岩体多尺度劣化 66 
3.4.1 样品描述和准备 67 
3.4.2 试验与统计方法 68 
3.4.3 试验结果 70 
3.4.4 江水干湿循环致岩石多尺度劣化机理 77 
3.5 考虑水致劣化与结构特征的岩体参数量化表征 78 
第4章 软硬相间地层抗滑桩嵌固机理物理模型试验 81 
4.1 相似理论与相似依据 82 
4.1.1 模型试验相似现象 82 
4.1.2 模型试验相似原则 82 
4.2 抗滑桩-滑坡物理模型装置 83 
4.2.1 抗滑桩-滑坡模型框架 84 
4.2.2 数据采集系统 84 
4.2.3 自动加载系统 85 
4.3 双层软硬相间地层抗滑桩嵌固机理物理模型试验 86 
4.3.1 模型试验材料 86 
4.3.2 试验方案 87 
4.3.3 测试与加载方式 88 
4.3.4 测试结果与分析 89 
4.4 三层软硬相间地层抗滑桩嵌固机理物理模型试验 94 
4.4.1 模型试验材料 94 
4.4.2 试验方案 95 
4.4.3 测试与加载方式 96 
4.4.4 测试结果与分析 97 
4.5 含正交节理软硬相间地层抗滑桩嵌固机理物理模型试验 101 
4.5.1 模型试验材料 101 
4.5.2 试验方案 102 
4.5.3 测试与加载方式 104 
4.5.4 测试结果与分析 105 
第5章 软硬相间地层抗滑桩嵌固机理数值模拟 111 
5.1 不同岩性层厚比抗滑桩嵌固机理数值模拟 112 
5.1.1 ABAQUS 有限元软件 112 
5.1.2 数值试验计算模型构建及参数选取 112 
5.1.3 数值结果与分析 114 
5.1.4 物理模型试验与数值试验对比 119 
5.2 含正交节理滑床中抗滑桩嵌固机理数值试验 122 
5.2.1 3DEC 离散元软件 122 
5.2.2 数值模型建立 122 
5.2.3 参数选取 123 
5.2.4 物理模型试验与数值试验对比 124 
5.2.5 不同线密度正交节理抗滑桩变形特征 129 
5.3 二维线密度正交节理滑床中抗滑桩嵌固机理 131 
5.3.1 二维正交节理线密度定义 131 
5.3.2 模型建立 131 
5.3.3 二维正交节理滑床中抗滑桩嵌固效果 133 
5.4 含正交节理滑床中抗滑桩*小嵌固深度 137 
5.4.1 地质背景与概化模型 138 
5.4.2 基本工况嵌固机理 141 
5.4.3 含不同线密度正交节理抗滑桩嵌固深度 148 
第6章 软硬相间地层抗滑桩嵌固深度与桩位优化 151 
6.1 软硬相间地层抗滑桩受力计算方法 152 
6.1.1 均质滑床抗滑桩内力计算 152 
6.1.2 刚性桩嵌固段受力计算 153 
6.2 软硬相间地层抗滑桩变形计算 155 
6.2.1 理论计算方法 155 
6.2.2 马家沟滑坡验证 156 
6.3 合理嵌固深度的确定 157 
6.3.1 桩身变形与嵌固深度相关性 157 
6.3.2 合理嵌固深度定义 158 
6.3.3 马家沟滑坡合理嵌固深度 159 
6.4 抗滑桩合理嵌固深度参数 159 
6.4.1 基本计算模型 159 
6.4.2 上部硬岩厚度对抗滑桩嵌固比的影响 161 
6.4.3 上部硬岩地基系数对抗滑桩嵌固比的影响 163 
6.4.4 下部软岩地基系数对抗滑桩嵌固比的影响 165 
6.4.5 滑坡推力对抗滑桩嵌固比的影响 168 
6.4.6 上部硬岩厚度对抗滑桩内力的影响 170 
6.5 软硬相间地层中桩位优化 174 
6.5.1 理论计算模型 174 
6.5.2 基于简化双圆弧模型抗滑桩设计推力的确定 175 
6.5.3 基于双圆弧拟合的剩余推力法的推导 176 
6.5.4 工程实例 181 
第7章 复杂滑坡推力条件下抗滑桩群平面布设优化 187 
7.1 基本理论 188 
7.1.1 改进的非规则滑坡推力计算模型 188 
7.1.2 抗滑桩合理布设范围的确定 189 
7.1.3 合理桩间距的确定 190 
7.2 工程案例 191 
7.2.1 工程地质条件 191 
7.2.2 滑坡体基本特征 192 
7.2.3 滑坡稳定性评价 192 
7.3 抗滑桩群平面布设方案优化设计 193 
7.3.1 传统的抗滑桩平面布设方案 193 
7.3.2 滑坡推力分布表达式的计算 193 
7.3.3 优化后的抗滑桩平面布设方案 194 
7.3.4 计算的理论和实测位移的对比 194 
参考文献 197

滑坡是我国*主要的地质灾害类型之一，滑坡防治研究是当前工程地质领域的热点和难点问题。作为滑坡防治领域广泛应用的主要抗滑结构措施，抗滑桩在复合多层地层滑坡中的嵌固机理研究尚不够系统和深入。《滑坡抗滑桩嵌固机理与优化控制》重点选取三峡库区侏罗系软硬相间地层为研究对象，综合采用野外调查、原位测试和室内试验等手段，研究软硬相间地层结构与力学参数的劣化规律；建立软硬相间地层地质力学模型，采用物理模型试验、数值试验和理论分析等方法，研究软硬相间地层滑坡抗滑桩嵌固机理，提出软硬相间地层滑坡抗滑桩优化设计方法，开展相关工程应用研究。研究成果对滑坡防治工程具有一定的理论意义与工程应用价值。

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第1章三峡库区秭归盆地滑坡成因机制与分布规律
　　1.1 秭归盆地自然地理与地质环境概况 
　　受地质构造、地形地貌、水文气象和人类工程活动等多种因素影响，三峡库区发育了大量的滑坡地质灾害，影响库区人民生命财产和交通安全。据不完全统计，为了开展三峡库区地质灾害防治，仅2001~2012 年政府部门就投入了120 亿元用于治理三峡库区滑坡地质灾害。秭归盆地是三峡库区滑坡*为易发的区域之一，在长江干流及其支流沿岸发育了许多滑坡，如千将坪滑坡、金乐滑坡、白家包滑坡、杉树槽滑坡及树坪滑坡等，其中2003 年发生的千将坪滑坡导致24 人死亡和约5 000 万元的经济损失。相关资料表明，秭归盆地区域约有9 万户居民和30 亿元潜在经济财产遭受滑坡地质灾害威胁。因此，开展秭归盆地滑坡地质灾害的分布规律研究对该区域地质灾害防灾减灾工作具有重要意义（Tang et al.，2019）。
　　1.1.1 地理位置与交通
　　秭归盆地是以中生代海陆交互相-陆相沉积为主的沉积盆地，其轴向呈近南北向，属向斜构造，其南北向长约40km ，东西向宽约30km 。如图1.1 所示，秭归盆地位于湖北宜昌西部，长江流域中部，西陵峡入峡口。研究区位于东经110°18′~110°30′，北纬30°30′~31°18′，总覆盖面积约为720km2，距长江三峡水利枢纽工程30 多千米。其东部与巴东相邻，北部延伸至兴山境内，研究区域大部分位于秭归境内。受三峡水库蓄水影响，区域城镇多分布在河流边缘和山坡空旷区域。研究区总体而言城镇较为稀疏，主要包括水田坝、归州、泄滩、郭家坝、两河口、沙镇溪及屈原。研究区总人口约37 万人，主要集中在城镇地区。
　　图1.1 秭归盆地地理位置图
　　研究区范围内交通便利，公路交通以G42 、G209 、S334、S225 、S312 为干线，以县道及村级公路为支线，公路交通网基本达到了村村通的规模。从研究区归州到秭归县城约50km ，到宜昌市城区约100km 。受水系影响，区域内城镇与城镇的直线交通往往被水系切断，研究区城镇之间陆路交通较为不便。随着三峡水库的蓄水和库区建设的进行，研究区水路交通日益完善，刚建成不久的秭归长江大桥为在研究区开展调查工作提供了交通便利。
　　1.1.2 地形地貌
　　秭归盆地位于鄂西褶皱山地，主要为侏罗系砂泥岩组成的构造侵蚀地貌。秭归向斜横穿秭归盆地区域，向斜核部与吒溪河流域近乎重合。核部被河谷深切，核部位置高程较低，两翼位置高程较高。如图1.2 所示，研究区山体高程为500~1 400 m ，高山与半高山区占研究区总面积的80%以上。区域**峰位于研究区南部许家湾和牛家湾中间位置处附近，山顶高程约为1 315.3 m ；北部**峰位于黄家湾附近，其山顶高程约为1 100 m；西部**山为王家山，山顶高程约为1 223.4 m ；东部**山位于研究区边界附近，山顶高程约为1 200 m 。研究区山体形态近似为条带状，地形坡度为20°~36°。山体两侧发育低山地貌，为居民活动的主要区域。区域海拔**处位于研究区边界长江下游出口，距三峡大坝约22km 。
　　图1.2 研究区地形地貌图
　　长江自西向东将研究区分为江南和江北两个部分。江南部分南高北低，江北部分北高南低。随着江水的流动侵蚀，区域形成了侵蚀构造丘陵地貌。区内几乎没有宽广平地，只有零星耕种的小块土体、河间沙地和山地梯田。区内地貌显著受控于地质构造格局，基本符合向斜核部成谷、翼部成山的发育特征。受河流侵蚀影响，区内地貌形成了谷山相间的地貌。区内山脉走向以北东—北南为主，在研究区中部山脉走向由北东转向北南。
　　1.1.3 气象与水文
　　秭归盆地处于亚热带季风气候区，气候垂直变化显著。区域内气候具有平均气温高、温和湿润、雨量充沛、四季分明等特点。初春气温回升快，冷空气活跃，常发生倒春寒现象；夏季炎热少雨，湿度较低，伏秋连旱现象时有发生；秋季冷暖空气交替活动，阴雨连绵；冬季暖和少雪，气候舒适。区域多年平均气温为16~20 ℃，气候宜人，空气平均相对湿度为75%，光照充足。该地区降雨主要集中在4~10 月，月平均降雨量为150~500mm ，多暴雨（图1.3）；日降雨量达50~100mm 的暴雨4~10 月均有发生，100mm 以上的暴雨主要集中在6~8 月，年平均频次为3~4 次。
　　图1.3 秭归盆地地区库水位与月平均降雨量曲线图
　　研究区内沟壑交横，有利于地表水和地下水的汇集排泄。长江为研究区内**排泄基准面，流量充沛。同时，区内发育了香溪河、吒溪河、青干河、童庄河和锣鼓洞河五条河流，均为长江一级支流。香溪河起源于神农架，全长约33km ，在秭归归州香溪注入长江。香溪河河流特征明显，每年4 月进入汛期，10 月进入枯水期，夏季洪峰期一般为2~3 天。吒溪河由水田坝经卡子湾汇入长江。汛期到来时，基本无洪水发生；青干河、锣鼓洞河和童庄河均位于研究区长江南部，青干河自西向东流入沙镇溪，并与由南向北流入的锣鼓洞河交汇，后向北汇入长江；童庄河由南向北，经桐树湾大桥和郭家坝流入长江。区内地表和地下径流受降雨和三峡水库调度作用影响，水位变动较大。由于三峡大坝发电抗洪等功能要求，库水位在145~175m 波动。一般情况下，夏季为了满足抗洪需要，库水位较低，约为145m ；冬季为了达到发电及航运要求，库水位较高，约为175m 。总体库水位波动幅度达30m 左右，如图1.3 所示（Li et al.，2019a）。
　　1.1.4 地质构造与地层岩性
　　秭归盆地形成始于晚三叠世。在印支运动形成的古构造格局基础之上，太平洋板块
　　向欧亚板块俯冲，使得区域发生强烈的褶皱和断裂，*终形成现今的秭归向斜盆地。随着太平洋板块的继续俯冲，秭归盆地的变形活动持续发生。秭归向斜北起兴山南阳河，向南经马家坝、秭归县城旧址等地。整个秭归向斜平缓开阔，纵向长度为47km ，其轴向总体坡度为10°~20°（图1.4）。受新华夏构造体系的干扰和改造，其轴线发生了“S”形变形。核部由侏罗系内陆湖相碎屑岩地层组成，两翼地层岩性主要为侏罗系和三叠系砂泥岩与白云岩。秭归盆地主要由上侏罗统J3、中侏罗统J2、下侏罗统J1 和中下三叠统T1 2 组成，其地层包括蓬莱镇组、遂宁组、沙溪庙组、泄滩组、聂家山组、香溪组和嘉陵江组。如图1.4 所示，各部分岩性分别描述如下。
　　图1.4 研究区地层岩性及滑坡分布
　　上侏罗统蓬莱镇组（J3p）主要由灰白色中厚层长石石英砂岩夹紫红色钙质黏土质粉砂岩组成。上侏罗统遂宁组（J3s）的主要地层岩性为灰白色中厚层细粒长石石英砂岩、紫红色粉砂质泥岩。中侏罗统泄滩组（J2x）、沙溪庙组（J2s）主要为内陆湖相红色砂岩和泥岩，沙溪庙组（J2s）岩性为紫红色薄-中厚层细砂岩、钙质粉砂岩、粉砂质泥岩与灰白色细粒长石石英砂岩不等厚互层，中上部含钙质、硅质结核，局部地段夹灰岩透镜体，含纤维状石膏；泄滩组岩性为灰绿色细砂岩、粉砂岩及紫红色泥岩、灰质泥岩或薄层灰岩；聂家山组（J1-2n）岩性为粉砂质泥岩及泥质粉砂岩、黏土岩。下侏罗统香溪组（J1x）为内陆湖相含煤、砂页岩，下部为青灰色、黄绿色薄层状砂质泥岩、粉砂岩及碳质页岩夹灰色厚层细至粗砂岩夹煤层，中部为灰色厚层-块状长石石英砂岩夹黑色泥质粉砂岩，含菱铁矿结核，上部为灰色中厚-巨厚层长石石英砂岩及绿灰色泥质粉砂岩夹碳质页岩夹煤层。中下三叠统嘉陵江组（T1 2j）岩性主要为灰、黄灰色中厚层状微晶灰岩、白云质灰岩夹角砾状灰岩及灰质白云岩。
　　秭归盆地广泛发育着砂岩、粉砂岩与泥岩、粉砂质泥岩互层的软硬相间结构，且互层厚度不等。如图1.5 所示，这是一段由于坡脚开挖而暴露新鲜地层的边坡，其地层软硬相间的现象十分明显。软岩部分为粉红色及紫红色泥岩，抗风化能力弱，在多组节理裂隙切割下，岩体较为破碎。单层厚度较薄，整体厚度一般为20~40cm 。硬岩部分为粉红色砂岩及粉砂岩，抗风化能力强，结构较为完整，呈块状结构，整体厚度为30~70cm 。
　　图1.5 研究区软硬相间地层图
　　1.1.5 水文地质
　　构造断裂交接部位、背斜轴部、背斜倾末端、夷平面之间、阶地之间、第四系松散堆积层、基岩层面接触带均是地下水富集的场所。研究区内地下水主要包括红层裂隙水和松散岩类孔隙水。红层裂隙水主要分布在研究区侏罗系中。秭归盆地的主要地层岩性为侏罗系砂岩和泥岩。这些砂泥岩中裂隙较为发育，是裂隙水的主要储存场所，但富水性一般较差。侏罗系特殊的软硬相间结构使得该类型地下水具有埋藏分散、浅循环和弱储水特点。该类型地下水的主要补给来源为地表径流和季节性降雨，并就近排泄。松散岩类孔隙水主要分布在松散堆积中。该类型地下水多属于潜水类型，赋存能力较差，主要补给来源为季节性降雨、地表灌溉及邻近的含水层。该类型地下水往往在地形低洼处就近排泄。
　　1.2 秭归盆地滑坡数据库建立 
　　1.2.1 秭归盆地滑坡调查
　　完整的滑坡数据库建设有利于开展滑坡灾害风险评价和灾后重建工作。为了详细阐述秭归盆地的滑坡分布规律和控制这些滑坡失稳的诱发因素，构建了三峡库区秭归盆地滑坡数据库。通过气象局和自然资源局和规划局（原国土资源局）等单位，搜集到了秭归盆地372 处原始滑坡灾害数据。基于现场调查、无人机调查及遥感影像解译，新发现