预应力锚索桩板墙地震响应的振动台试验研究

作为一种轻型支挡结构,预应力锚索桩板墙具备安全、可靠、造价低等优势,汶川地震也证明了它具有良好的抗震性能。但由于此结构体系的受力复杂,目前一系列基础研究问题仍没有解决,理论研究远落后于工程实践,特别是在抗震设计理论研究方面。通过最直接的室内研究手段——大型振动台试验对预应力锚索桩板墙进行了地震响应研究,输入加速度时程选取卧龙台站实测水平向和竖直向地震波,并按相似比处理,测试了桩身6个高度位置的地震土压力、2个高度位置的位移、边坡中5个高度位置的加速度以及锚索预应力的时程变化。试验结果揭示了预应力桩板墙在地震作用下的土压力分布规律、桩身位移和锚索预应力的地震响应特征以及加固边坡的动力特性和加速度放大效应,为深入了解预应力锚索桩板墙的抗震表现和抗震机理提供了可靠的依据。     

不同布锚角度锚索抗滑桩抗震性能的离心振动台试验对比

预应力锚索是预应力锚索抗滑桩的重要组成部件,但其布设角度对预应力锚索抗滑桩抗震性能的影响尚不清晰。鉴于此,设计并完成了考虑锚索水平布设和倾斜布设的两组离心振动台模型试验,对比分析了不同布锚角度时坡体地震变形和加速度放大特征以及桩-锚结构的受力特性,揭示了布锚角度变化对锚索抗滑桩-坡体体系抗震性能的影响规律。结果表明,不同布锚角度时锚索锚固点附近坡体均存在加速度异常放大现象,放大系数随输入地震动强度增加而增大;倾斜布锚时坡体沉降幅度和加速度放大程度明显减小;倾斜布锚有利于改善桩身的地震受力,桩身峰值动弯矩和动土压力相比水平布锚时显著降低;倾斜布锚可以有效减缓锚索内力的增长,降低桩-锚-坡体体系地震失效的风险。     

深基坑桩锚支护中桩内力变化规律数值模拟研究

为了解深基坑桩锚支护结构的工作性能,考虑到桩、锚索和土相互作用的情况下,采用FLAC^3D对桩锚支护结构在不同工况下受力特性进行了模拟与研究,本文仅讨论桩的受力变化规律。研究表明:随着基坑开挖深度的增加,桩身轴力值、剪力值逐渐增加,在基坑底面处达到最大;不同的桩长度、锚索长度及预应力值大小对桩身轴力、剪力值的变化影响较小;桩身刚度存在一个最佳值,无限度增加和减小桩身刚度分别会造成经济浪费和不安全因素。所得变化规律曲线与现场试验、理论计算得到的桩内力变化曲线形式和发展趋势相吻合,进一步解释了桩锚支护结构中桩与土的相互作用机理,为桩锚支护优化设计提供一些参考。     

新型预应力锚拉式桩板墙的原型观测分析

该结构由墙面桩、挡土板、预应力锚索、锚定桩及填土组成。在结构中埋设土压力盒、钢筋计、混凝土应变计、锚索拉力环、填土中的沉降杯、墙面桩的水平位移观测尺,观测土压力、桩弯矩及位移、锚固段接触面应力、锚索拉力、填土沉降等;观测结果表明锚索张拉能有效降低桩身最大弯矩并使墙后土压力值的大小及分布明显改变,出现新的规律;而且,在双排锚索的张拉作用下锚固段长度可适当减小。     

压力型锚索动态响应的应力数值模拟分析

在边坡抗震的实际案例中,压力型锚索展现了其优异的抗震性能,目前,压力型锚索抗震性能的研究成为了岩土工程的研究热点之一。为了深入研究压力型锚索锚固段在地震荷载作用下的动力响应,利用FLAC3D软件建立了一个岩体的力学参数随深度变化的压力型锚索体系模型。通过数值模拟方法,研究了锚索孔半径、沿注浆体轴向方向的位置、地震强度、初始张拉预应力大小对注浆体受到的压应力和接触面上剪应力时程分析的影响;研究结果表明,它们对注浆体受到的压应力时程曲线和接触面上的剪应力时程曲线影响很大。本研究具有较强的实用性,研究成果丰富了压力型锚索锚固机理内容,可为压力型锚索体系的抗震优化设计提供参考。     

组合支护结构加固高边坡的地震动响应特性研究

 基于原型边坡设计大型振动台模型试验,通过监测不同幅值和类型地震波作用时的桩身土压力、坡体加速度、格构梁位移和锚索预应力,研究组合结构与加固边坡体的动力响应特性,评价加固效果。试验结果表明：锚索与抗滑桩在地震时协同工作,桩身土压力随输入波幅值增加而增大,锚索预应力变化规律与边坡体的稳定程度有关,表现为先减小后增大;地震造成抗滑桩主动土压力的合力作用点上移至l/2处,被动土压力区的2个转点也发生明显变化;输入地震波峰值不大于0.5 g时,格构梁位移响应值较小,坡体中部抗滑桩以下不存在加速度放大效应,边坡整体稳定性好。另外,运用加速度时程的Hilbert边际谱研究了坡体内部的震害损伤特性,损伤识别结果与试验监测数据吻合。该研究成果可为更加合理地考虑地震区锚索格构梁–抗滑桩联合防护边坡的设计提供指导。     

新型预应力锚拉式桩板墙的弹性约束地基系数法

预应力锚拉式桩板墙是在桩板墙及锚拉抗滑桩基础上发展起来的一种新型文档结构。基于结构矩阵方法，结合工作特点，考虑了锚索的弹性约束、填土土压力随位移的变化关系、锁口处位移和内力的连续条件，计入了桩锚固段变形对桩位移和内力的影响，分别导出了锚固段及受荷段的刚度矩阵，编制了相应的计算程序，计算了墙面桩的位移、弯矩、锚固段应力及应变、锚索拉力等。所得结果与其他方法相比，有较好的规律性和可比性，可供相关工程参考和借鉴。     

富水砂加卵石双地层锚索现场试验及数值模拟

以锚拉地连墙为支护形式的基坑工程项目为背景,研究了锚固段穿越富水砂加卵石双地层条件下预应力锚索的锚固性能、传力机理、设计计算及优化方法。首先,通过锚索现场拉拔试验发现富水砂加卵石双地层可以提供较好的锚固力,成孔和注浆工效良好。然后,通过调整FLAC^3D中的cable单元的浆体粘结力参数逼近现场试验结果,得到锚固段与砂层与卵石层间的极限粘结强度建议值分别为30 kPa和200 kPa;与锚索传力机理理论解析方法相比,FLAC^3D中cable单元包含12项参数,可以更加全面地考虑多项影响因素,而且可以反映剪应力峰值随锚固段前端屈服向内部转移的动态过程。最后,通过FLAC^3D调整锚固段长度与设置位置达到优化锚索设计的作用。     

地震作用下边坡预应力锚索振动台试验研究

为研究边坡预应力锚索在地震作用下的动力响应,采用振动台进行预应力锚索支护岩质边坡模型试验。模型试验相似关系依据重力相似律及量纲分析法推导。输入Wolong,El Centrol,TAFT三种地震波,监测锚索轴力、坡面加速度和位移时程,研究预应力锚索轴力和预应力损失在地震作用下的动力特性、边坡在锚索支护下的整体稳定性。结果表明:不同地震作用下,锚索的轴力和预应力损失动力响应不同,试验中锚索的预应力损失最大达15.7%,随着输入地震波峰值的增大,锚索预应力损失呈先增大后减小的趋势,达到临界值后,不再发生预应力损失。建议预应力锚索抗震设计时,施加的预应力应该达到预应力设计值的1.1～1.2倍,高于静力情况下的值。该研究结果可为更加合理的进行边坡预应力锚索抗震设计提供良好的基础。     

微型桩-锚组合新结构抗滑特性的数值分析

针对微型桩加固滑坡时容易出现侧向变形的缺陷,笔者基于综合排桩刚架结构与拉锚式挡土结构形式优点的研发思路,提出了一种微型桩-锚组合抗滑新结构。利用FLAC^3D分析了新结构的变形与受力特性,并与传统刚架式微型桩结构进行了比较。结果表明:相比普通刚架式结构,新结构加固后的边坡位移场和桩顶水平位移明显减小,其加固效果和抗滑能力更优;斜向预应力锚索增强了微型桩的侧向刚度,结构变形曲线相对平缓;桩体弯矩、剪力分布相对均匀,发挥了结构的整体受荷能力,且峰值有所降低;除抗弯和抗剪作用外,微型桩还起到轴向作用,尤其是顺坡桩侧摩阻力作用明显;锚索拉力随边坡变形累积而逐渐增大,可以利用稳定地层的自承能力分担部分滑坡荷载;由于锚索预应力的主动施加,结构对桩后土体起到预加固作用,系梁附近桩侧土压力明显增大。研究结果可为该新结构的设计提供一定理论依据。     

牌坊坝滑坡双排桩+锚索支护性能研究

相对于单排桩而言,双排桩侧向变形刚度大,抗变形能力强、承载力更高,当采用单排桩难以满足抗滑力要求时,常采用双排桩形式。然而,双排桩受力复杂,特别是有预应力锚索共同支护这种特别复杂情况下,结构体各部分内力分布、相互作用关系及相关的设计和计算方法都还不成熟。本文在总结前人成果的基础上,将有限元强度折减法引入到双排桩+锚索的计算中,并在牌坊坝滑坡工程中得到了运用。研究表明,双排桩+锚索是一种有效的支护形式,它不仅能极大的提高边坡抗震性能及变形能力,还能显著的提高边坡的动静力安全性,值得在工程中推广。     

地震作用下预应力锚索抗震性能及预应力损失的研究

该文利用完全动力有限元法,对比有预应力锚索支护边坡与无支护边坡在地震下动力响应的差别,研究预应力锚索的抗震性能;其次,分析不同类型地震波作用下锚索预应力损失的情况。数值结果表明:地震动力作用下预应力锚索抗震效果良好,其预应力损失同锚索的位置与输入的地震波类型有关,在地震动下靠近坡顶的锚索起到的抗震作用更为明显。研究结果对预应力锚索支护边坡的抗震性能分析具有参考价值。     

预应力锚索桩板墙变形特性研究

为了掌握预应力锚索桩板墙的变形规律,查明其影响变形的参数,通过现场实测与数值计算方法对预应力锚索桩板墙的变形进行了研究。实测结果表明,预应力锚索桩板墙在施工阶段最大变形发生在墙的中部,施工完成后,由于锚索的预应力损失、岩土体蠕变以及车辆荷载的作用等原因,变形最大位置逐渐转移到了墙的上部;计算结果表明,墙后填料强度、墙背粗糙度、桩板的柔度、锚索预应力和位置等都对挡墙的水平位移影响显著。为控制挡墙的最大变形,在填料选择方面,要采用变形模量较大,摩擦角较大的填料进行填筑,填料摩擦角以不能低于20°为宜;在桩板的选择方面,要保证桩板粗糙度较大,桩板柔度较小的桩体,桩板的柔度系数宜控制在0.25～0.5范围内;在锚索预应力的大小与作用点位置选择方面,锚索预应力不宜超过600 kN,单排锚索宜作用在0.2H～0.3H高度位置。     

衡重式桩板挡墙受力特性模型试验研究

衡重式桩板挡墙是一种新型支挡结构。相比悬臂式桩板墙、桩锚结构等支护形式,其施工更方便,造价更低,且造型更美观。鉴于该结构的特殊性、复杂性及其构造上存在的多个可变因素,该结构的受力特性尚不明确。为此,基于相似理论,以衡重式桩板挡墙的一般形式为原型,通过多组几何比例7∶1的模型试验,研究了衡重式桩板挡墙结构的土压力分布模式。由试验结果得出：①卸荷板下土压力为零;②桩前抗力建议使用m法计算;③整体结构的受力模式与土压力计算模式。