一种耦合多孔高阻尼结构和高强度防护层的抗滑桩缓震层制造技术

本发明专利技术涉及抗滑桩技术，旨在提供一种耦合多孔高阻尼结构和高强度防护层的抗滑桩缓震层。包括：在抗滑桩四周设框型坑槽，以CFRP材质的侧板和底板作为减震防护层；在坑槽内填充了多孔缓震结构，是由若干个橡胶材质的双向正四棱锥形单元体组合而成的；在坑槽与多孔缓震结构之间，以及多孔缓震结构的内部孔隙中填充了混凝土。本发明专利技术能够有效吸收土体对抗滑桩交错施加的能量，减少抗滑桩在滑动面处的来回剪切，保护不发生剪断。基于高阻尼橡胶材料的双向正四棱锥形多孔结构能够有效减少桩前侧的弯矩荷载，使得桩前侧的实际弯矩荷载不至于超过设计荷载，使得抗滑桩不至于被折断。可以起到均匀化荷载的作用，避免由于应力集中造成的破坏。

【技术实现步骤摘要】
一种耦合多孔高阻尼结构和高强度防护层的抗滑桩缓震层
本专利技术涉及抗滑桩技术，具体涉及一种耦合多孔高阻尼结构和高强度防护层的抗滑桩缓震层。
技术介绍
滑坡是危害最大的地质灾害之一，我国山区(包括高原、丘陵等)面积很大，约占全国总面积的2/3，边坡的稳定与否对国家的工程建设与人民的生命财产安全有着重大影响。目前，抗滑桩是治理滑坡灾害的主要工程手段之一，其抗滑能力大，桩位灵活、施工灵活，在大中型滑坡的治理中发挥了重要作用。抗滑桩通常是截面呈矩方形的柱状结构。在一般的静力状况下，这些结构抗滑桩的工作状况较好，有效的减少了滑坡的发生，但是在高烈度地震发生时，许多抗滑桩的结构都发生了不同程度的损伤，甚至失效。这是因为在地震作用下，抗滑桩受力方式有所不同，抗滑桩会交错地受到桩前土体和桩后土体的的作用力，使得抗滑桩在滑动面处来回剪切，更容易让抗滑桩产生裂缝，从而发生剪断。并且抗滑桩会承受到桩前土体的弯矩作用力，由于抗滑桩中的钢筋在桩身受拉侧(桩后侧)较多，桩前侧布置钢筋数较少，甚至不布置钢筋，因此桩前侧的抗拉强度相对较弱。但是在地震的作用下，抗滑桩桩前侧也会受到土体的弯矩作用力，由于该侧设计的抗拉强度不足，该侧会发生折断破坏。因此，急需设计一种在地震作用下可以对抗滑桩进行有效防护的减震措施。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种耦合多孔高阻尼结构和高强度防护层的抗滑桩缓震层。为解决技术问题，本专利技术的解决方案是：提供一种耦合多孔高阻尼结构和高强度防护层的抗滑桩缓震层，在柱状的抗滑桩四周设有合围的框型坑槽，以CFRP材质的侧板和底板作为减震防护层贴附在坑槽的侧壁和底面上；在坑槽内填充了多孔缓震结构，是由若干个橡胶材质的双向正四棱锥形单元体组合而成的；每个双向正四棱锥形单元体均由两个相互垂直正交的菱形组成，其上下顶点为固定连接点；若干个双向正四棱锥形单元体在XYZ三个相互垂直的方向上依次排列布置，相邻的单元体之间以其菱形的上下顶点或侧部顶点作为连接节点；在坑槽与多孔缓震结构之间，以及多孔缓震结构的内部孔隙中填充了混凝土。本专利技术中，所述双向正四棱锥形单元体中的菱形的顶角角度为60°(即菱形由两个正三角形组成)。本专利技术中，所述双向正四棱锥形单元体中，菱形的长轴为5cm，短轴为2.5cm，每条棱均为直径1cm的圆柱体；在多孔缓震结构中，各连接节点是直径为1cm的球体。本专利技术中，所述抗滑桩的截面形状为正方形，坑槽的截面形状为方框形。本专利技术中，所述坑槽深度与抗滑桩的长度一致；假设抗滑桩的设计地震烈度为n级，则坑槽的横截面积不少于抗滑桩横截面积的10％×n。本专利技术中，所述橡胶材质的阻尼比范围值为0.45-0.65。本专利技术中，所述坑槽顶部还设有用于封口的CFRP材质的顶板。本专利技术中，所述CFRP材质的侧板、底板和顶板的厚度为2cm，弹性模量范围值为450000000-550000000KN/m2；所述橡胶材质的阻尼比范围值为0.45-0.65。本专利技术进一步提供了前述抗滑桩构件的加工方法，包括以下步骤：(1)以橡胶材料制造具有双向正四棱锥形单元的多孔缓震结构；(2)以抗滑桩安装点为中心按坑槽尺寸挖出方形深坑，在其中心位置以CFRP材质的侧板竖向合围形成抗滑桩的浇筑模板，并将CFRP材质的侧板和底板贴于坑槽壁部及底面；(3)在抗滑桩的浇筑模板内放置钢筋骨架，浇筑混净土后按规定方法养护达到规定龄期，制成抗滑桩；(4)向抗滑桩四周的坑槽中填充多孔缓震结构，使其底部和侧面与CFRP材质的侧板和底板紧密接触，顶部则与抗滑桩的顶面齐平；(5)向坑槽与多孔缓震结构之间和多孔缓震结构内部孔隙中浇筑混凝土，按规定方法养护达到规定龄期，以CFRP材质的顶板将坑槽封口。本专利技术中，在填充多孔缓震结构时，使双向正四棱锥形单元体中菱形的竖向中心轴与滑坡体下滑方向在水平面上的投影方向保持平行。专利技术原理描述：在众多缓震材料中，防震橡胶已经广泛应用于土木工程领域，比如在桥梁橡胶支座、斜拉桥拉索减震、建筑物隔震中的应用。在各种防震橡胶中，通过添加助剂而具有高阻尼性能的橡胶的缓震效果最好，其使传统的、被动的以刚克刚式缓震(例如钢管混凝土桩等)，转变为积极的以柔克刚式缓震。CFRP材料(碳纤维增强复合材料)已在土木工程领域中有所应用，因其高强质轻、耐久性好、耐疲劳性能好、减震性能好、适用面广、便于施工、不改变结构形状、不影响结构外观、施工时不需要大型的机械设备、无湿作业、工效高等优点，被应用于海洋平台桩腿防护等领域。本专利技术通过耦合高阻尼橡胶缓震结构与高弹性模量CFRP板的抗滑桩减震防护层对抗滑桩进行减震防护。当地震发生时，抗滑桩会交错地收到桩前土体和桩后土体的作用力，使得抗滑桩在滑动面处来回剪切，并且设计抗拉强度较低的桩前侧也会受到较大的不均匀弯矩作用。坑槽壁上的超高弹性模量的CFRP板使得不均匀的弯矩更加均匀的施加在内部的高阻尼橡胶缓震结构上，该高阻尼橡胶缓震结构将桩前土体和桩后土体给抗滑桩交错施加的能量吸收，进行交错变形，以应变能的形式进行交错吸收和释放，对抗滑桩起到减震作用，使抗滑桩不至于被剪断。并且减少了抗拉能力较弱的桩前侧的弯矩荷载，使得桩前侧的实际荷载不至于超过设计荷载，使得抗滑桩不至于被折断。作为抗滑桩灌注模板的CFRP板进一步将高阻尼橡胶缓震结构传来的不均匀荷载均匀化，再传递给抗滑桩，使得抗滑桩的受力更加均匀，避免应力集中造成破坏。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、基于高阻尼橡胶材料的双向正四棱锥形多孔结构能够有效吸收桩前土体和桩后土体对抗滑桩交错施加的能量，减少抗滑桩在滑动面处的来回剪切，保护抗滑桩不发生剪断。2、基于高阻尼橡胶材料的双向正四棱锥形多孔结构能够有效减少抗拉能力较弱的桩前侧的弯矩荷载，使得桩前侧的实际弯矩荷载不至于超过设计荷载，使得抗滑桩不至于被折断。3、双向正四棱锥形多孔结构的材料为具有高弹性与高阻尼的橡胶，只要在地震时的其应变没有超过其弹性极限，在震后可以继续使用。4、多层高弹性模量的CFRP板在具有一定缓震能力的基础上，同时可以起到均匀化荷载的作用，避免由于应力集中造成的破坏。附图说明图1为双向正四棱锥形单元体侧视图；图2为双向正四棱锥形单元体俯视图；图3为双向正四棱锥形单元体立体图；图4为双向正四棱锥形单元体之间连接方式示意图；图5为高阻尼橡胶减震防护层填充方式俯视图；图6为高阻尼橡胶减震防护层填充方式剖面图。图5、6中：1为抗滑桩，2为减震防护层，3为多孔缓震结构，4为滑坡体下滑方向，5为基岩。图7为使用MIDAS软件建立的边坡模型；图8为图7中边坡模型的俯视图。图9为抗滑桩与CPRF板尺寸；其中，(a)为抗滑桩尺寸，(b)为CPRF板尺寸。图10为高阻尼橡胶缓震结构图；图11为有无缓震防护层的抗滑桩对比俯视图；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耦合多孔高阻尼结构和高强度防护层的抗滑桩缓震层，其特征在于，在柱状的抗滑桩四周设有合围的框型坑槽，以CFRP材质的侧板和底板作为减震防护层贴附在坑槽的侧壁和底面上；在坑槽内填充了多孔缓震结构，是由若干个橡胶材质的双向正四棱锥形单元体组合而成的；每个双向正四棱锥形单元体均由两个相互垂直正交的菱形组成，其上下顶点为固定连接点；若干个双向正四棱锥形单元体在XYZ三个相互垂直的方向上依次排列布置，相邻的单元体之间以其菱形的上下顶点或侧部顶点作为连接节点；在坑槽与多孔缓震结构之间，以及多孔缓震结构的内部孔隙中填充了混凝土。/n

【技术特征摘要】
1.一种耦合多孔高阻尼结构和高强度防护层的抗滑桩缓震层，其特征在于，在柱状的抗滑桩四周设有合围的框型坑槽，以CFRP材质的侧板和底板作为减震防护层贴附在坑槽的侧壁和底面上；在坑槽内填充了多孔缓震结构，是由若干个橡胶材质的双向正四棱锥形单元体组合而成的；每个双向正四棱锥形单元体均由两个相互垂直正交的菱形组成，其上下顶点为固定连接点；若干个双向正四棱锥形单元体在XYZ三个相互垂直的方向上依次排列布置，相邻的单元体之间以其菱形的上下顶点或侧部顶点作为连接节点；在坑槽与多孔缓震结构之间，以及多孔缓震结构的内部孔隙中填充了混凝土。


2.根据权利要求1所述的抗滑桩缓震层，其特征在于，所述双向正四棱锥形单元体中的菱形的顶角角度为60°。


3.根据权利要求1所述的抗滑桩缓震层，其特征在于，所述双向正四棱锥形单元体中，菱形的长轴为5cm，短轴为2.5cm，每条棱均为直径1cm的圆柱体；在多孔缓震结构中，各连接节点是直径为1cm的球体。


4.根据权利要求1所述的抗滑桩缓震层，其特征在于，所述抗滑桩的截面形状为正方形，坑槽的截面形状为方框形。


5.根据权利要求1所述的抗滑桩缓震层，其特征在于，所述坑槽深度与抗滑桩的长度一致；假设抗滑桩的设计地震烈度为n级，则坑槽的横截面积不少于抗滑桩横截面积的10％×n。


6.根据权利要求1所述的抗滑桩缓震层，其特征在于，所述橡...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑俊，王炯超，吕庆，郭吉超，姜清辉，邓建辉，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33