基于板间竖向土拱效应锚固式斜插桩板墙模型试验研究

以新型的锚固式斜插桩板墙为研究对象进行室内模型试验。基于相似理论,以实际工程中的斜插式桩板墙为原型,通过几何比为1∶20的模型试验,研究了不同板间净距下该结构的受力特性。结果表明,在同一深度位置处,斜插板板后土压力小于库伦土压力;随着板间净距和深度的增加,板间竖向土拱效应不断增强且合理板间净距宜为0.3～0.4倍板宽;板后土压力及板的结构受力均随深度的增加其增大速率呈非线性减小的趋势。     

土拱效应下的挂板式斜插桩板墙模型试验研究

以新型的挂板式斜插桩板墙为研究对象进行室内模型试验研究,通过1∶20的相似理论来模拟实际工程中截面为1.5 mX2.0 m,悬臂段高为15 m的原型斜插桩板墙。模型板长分250 mm、300 mm、350 mm、400 mm、450 mm 5组,用来模拟实际桩间净距为5 m、6 m、7 m、8 m、9 m 5种工况,结合试验数据具体从桩板后土压力的分布状况;土拱效应强度、位置随桩间净距的变化、土拱强度随深度的变化及结构受力状况随桩间净距的变化等几方面对模型试验进行具体分析。随桩间净距的增大:模型桩、板后土压力均呈现增大趋势,当桩间净距小于300 mm时,回收位置较深;土拱强度减弱速度逐渐加快,当桩间净距小于300 mm时减弱较慢;土拱的位置即拱高逐渐增大,但其拱高位置整体处于约1/2桩间净距处;模型桩的结构受力也不断增大,悬臂段1/3范围以下开始,受力差距逐渐加大;斜插板轴力增大且随悬臂段的增加呈先迅速增加再减小趋势。     

考虑土拱效应的斜插式桩板墙合理板间距研究

结合高速公路边坡实际工程,采用ABAQUS有限元软件进行三维数值模拟分析; 从考虑板间土拱效应的角度出发,研究了0.2倍板宽、0.3倍板宽、0.4倍板宽、0.5倍板宽4组不同板间距下斜插式桩板墙的板后水平土压力、板后竖向土压力以及板间土拱强度沿横向的变化规律,并结合结构实用性和安全性,提出了斜插式桩板墙的合理板间距取值范围、板间土拱的拱脚位置以及拱顶参数关系。结果表明:斜插式桩板墙在悬臂段中下部相邻板间以板底作为拱脚形成板间竖向土拱,且板后土压力随深度表现为锯齿状分布,水平土压力小于经典库仑主动土压力,竖向应力大于土体自重应力; 板间土拱的拱脚位于斜插板板底,在设计施工时应进行局部加强以提高设计强度; 当板间距取0.3倍～0.4倍板宽时,板间土拱效应明显,板后土压力较小,建议斜插式桩板墙合理的板间距取值为0.3倍～0.4倍板宽; 所得结论有助于斜插式桩板墙结构的进一步优化设计,并产生显著的经济效益和社会效益。     

基于土拱效应的挂板式斜插桩板墙板后土压力计算方法研究

斜插式桩板墙在形式上具有一定的特殊性,其墙后土体在一定范围内可以发生自由变形,且墙后水体与外界完全连通,这在一定程度上影响了支护结构后方土压力的分布形式和桩后土拱的大小及位置。通过考虑土拱效应的卸荷拱法推导出了斜插式桩板墙板后土压力计算公式,将其公式所得理论计算值与模型试验实测值、ABAQUS分析值进行比对,得出所推导的斜插式桩板墙板后土压力公式对于该新型支挡结构在实际工程中的设计计算有较好的参考价值。     

桩间土拱效应离心模型试验研究

抗滑桩的合理桩间距是设计中的关键参数之一。本文通过桩间净距分别为4 d、5d和6 d的粘性土抗滑桩离心模型试验,分析了桩间土拱形态变化及破坏状态。试验结果表明,桩间距较大时,土拱曲线形状趋于平缓,土拱矢高较小,土拱的受力趋于梁的受力,难以形成稳定的土拱;桩间距较小时,土拱矢高较大,土拱的受力呈现受压的特征,容易形成稳定的土拱,即随着桩间距的增大,土拱效应减弱。同时从理论上分析了不同桩间距土拱的破坏图式,提出粘土中合理桩间净距为桩径的4倍左右,该结论对抗滑桩的设计具有一定的参考意义。     

高路堤预应力锚索桩板墙承载特性分析

以昆明—曼谷国际公路k70路堤加固工程为背景,采用原位测试方法,完成了不同工况下预应力锚索桩板墙承载特性的现场试验。通过观测结构位移、土压力、桩身内力以及锚索预应力等,系统分析了预应力锚索桩板墙的受力特性与力学行为。锚索桩板墙对高路堤的加固效果显著,填筑初期结构位移随填土高度线性增加,锚索施工后增速有所减缓;初始填筑阶段,抗滑桩变形以刚性倾斜为主,随着锚索张拉和桩后填土不断增高桩身产生了较为明显的弯曲变形。作用在抗滑桩后的土压力大致呈三角形分布,板后土压力大致呈抛物线型分布;相同埋深条件下作用在抗滑桩上的土压力明显大于挡板,原因在于相邻抗滑桩间产生了明显的土拱效应,下部相邻抗滑桩间的土拱效应更强;与解析解的对比结果表明,实测最大桩后土压力与滑坡推力接近,远小于被动土压力;实测板后土压力与主动土压力接近,工程设计中可选取Rankine主动土压力作为挡板的设计荷载,在不利位置采取增大板厚等措施避免挡板发生破坏。采用弹性弯曲梁理论对锚索桩板墙内力计算的结果与实测结果基本一致。张拉锁定初期锚索预应力损失较大,约为设计荷载的10%,后期锚索预应力逐渐趋于稳定,锚索预应力长期损失约为设计荷载值的12%~15%。     

悬臂式抗滑桩桩间挡板土压力的计算

土拱效应在悬臂式抗滑桩发挥支挡作用时起到关键作用。计算桩间挡板土压力时,需考虑桩后土拱效应,建立相应计算模型,得到桩间挡板土压力表达式,并分析不同参数变化时桩间挡板土压力的变化。     

排桩支护的桩侧土压力计算

在无粘性土的排桩支护中,从桩间土拱形成机理出发,认为土拱区土体受到等值的法向力作用,在桩间土体自由区和土拱区土体达到极限强度的条件下,得出桩间土拱的拱形参数,拱高和土拱的厚度,同时在考虑土拱区土体强度增加的情况下,结合桩土接触面处的土体强度约束条件和几何条件,在确定的桩距和桩径条件下,分析桩侧的土压力,通过求出不同桩径桩距条件下的土压力,从中找出一个最小土压力的桩参数,这个桩参数就是设计的值,其土压力计算结果位于朗肯主动土压力和静止土压力之间,与实际值基本一致。由此确定了桩的参数和土压力大小。     

抗滑桩宽度与桩间距对桩间土拱效应的影响研究

抗滑桩宽度对桩间土拱效应的影响直接关系到桩截面尺寸及桩间距设计的合理性。通过离心模型试验,观察到抗滑桩宽度越大,桩间土拱稳定性越高。基于离心试验模型,采用数值模拟方法分析桩间土拱承载能力随桩宽度的变化规律。试验表明在桩间净距保持不变的情况下,桩间土拱承载能力随桩宽度增加而逐渐增大,但增长斜率逐渐变缓,说明随着桩宽度的变大,桩宽度的增加对桩间土拱承载能力的影响越来越小;而在桩间净距与桩宽度比值不变的情况下,桩间土拱承载能力随桩宽度和桩间净距的增加反而降低,且下降斜率逐渐增大,说明桩间净距对桩间土拱承载能力起着控制作用,增加桩宽度对土拱承载能力的贡献远不及增加桩间净距对土拱承载能力的削弱作用。本文研究表明,桩间土拱承载能力与桩宽度之间存在非线性的关系,在建立抗滑桩合理桩间距计算模型时应对此予以考虑。     

悬臂式抗滑桩三维土拱效应研究

依据悬臂式抗滑桩的受力特点,研究了桩间土拱效应的形成机理。相比埋入式抗滑桩,悬臂式抗滑桩桩间土拱按其作用形式可分为水平拱、竖向拱及临空面拱,其中水平拱效应对桩间土的稳定起主控作用。考虑到桩间土稳定的前提下桩后土压力将完全由桩身承担,建议采用σx突变效应替代常用的桩一土承载比衡量桩间土拱效应的发挥程度。通过建立悬臂式抗滑桩的三维有限元模型,对比了悬臂式抗滑桩三维分析与二维分析结果的差异,并指出悬臂桩土拱效应极具空间特性,不宜忽略自重应力的影响。继而重点研究了悬臂高度、桩间距、桩正截面宽度、附加荷载及土体抗剪强度对桩间土拱效应的影响。     

抗滑桩嵌固段桩前被动土拱形成机理

抗滑桩是滑坡治理的主要手段之一,嵌固段桩前被动土拱效应对抗滑桩承载力具有重要影响。为了对桩前被动土拱效应几何形态及桩间距的影响规律进行研究,采用平面应变有限元模型对不同桩间距的抗滑桩与桩前土相互作用进行模拟分析,提出了一种具有明确物理意义的土拱厚度的确定方法。通过搜寻土体中σ_xm(桩间土体中心截面处最大σ_x值)等值点的分布规律,拟合了土拱轴线的描述方程。讨论了桩间距对土拱的矢高、厚度的影响规律。通过与单桩计算结果的对比,提出了确定邻桩对桩前土影响范围的方法,进一步证明桩前土拱的存在。结果显示,随着桩身位移增加,桩前土体内主应力方向发生偏转,逐渐形成桩前被动土拱;桩间距为桩宽的2.5~4.5倍时出现被动土拱,3~4倍时土拱效应最明显,土拱厚度和矢高随桩间距线性增加;桩前被动土拱增加了相邻抗滑桩间相互作用范围。研究结果为抗滑桩桩前土受力及承载力研究提供了新思路,对工程实际具有一定参考价值。     

基坑支护倾斜悬臂桩受力变形特性试验研究

为改善基坑工程中支护桩的受力特性,将传统的直立悬臂桩背向基坑倾斜一定角度,形成基坑支护倾斜悬臂桩,可以更好地承担水平荷载,减小水平位移和变形。通过模型试验的方法对基坑开挖过程中倾斜悬臂桩的桩顶水平位移、桩后土体沉降和桩身弯矩进行研究。试验共进行3种不同工况下的模拟,分析倾斜悬臂桩在不同倾角不同布桩方式下的受力特性。分析结果显示,同等条件下,倾斜悬臂桩较传统直立桩相比,可以有效减小桩底水平位移和桩后土体沉降;桩身弯矩会因基坑开挖深度的增大而增加,桩身的正弯矩峰值接近负弯矩峰值,斜桩的最大弯矩值显著小于直桩支护形式下的弯矩峰值。     

基于土拱耦合效应的合理桩间距分析

桩间距是抗滑桩设计的重要参数之一,目前都是在土拱效应的基础上建立的,但由于对土拱内力特征以及土拱的相互作用机理认识不清,在确定最不利截面和控制条件时不严格,所得桩间距不准确。在相邻土拱耦合机理分析的基础上,根据材料力学得到拱脚三角形受压区的应力状态;以三角形受压区强度作为控制条件,利用摩尔-库伦强度准则建立桩间距下限的表达式;以土拱效应消失确定桩间距的上限值,继而探讨了桩间距的合理取值。最后以工程实例对桩间距进行了计算,并得到了较为合理的计算结果。桩间距计算公式能正确反映岩土体和抗滑桩设计参数的影响,与实际情况比较吻合,可直接应用于抗滑桩工程的设计。     

基于桩土界面的静压桩沉桩效应与承载特性室内试验研究

饱和黏性土地基中桩土界面的受力特性会对静压桩沉桩效应及长期承载力的发挥产生重要影响。通过黏性土地基中桩身表面嵌入式安装硅压阻式传感器的静压桩模型试验,分别对开口和闭口静压桩沉桩和加载过程的桩土界面超静孔隙水压力和有效径向应力进行研究。结果表明：在沉桩过程中,桩土界面超静孔隙水压力及有效径向应力随入土深度逐渐增加,沉桩结束时增量幅值随着h/D(h为传感器距桩端距离,D为桩径)增大而减小,同一h/D位置处闭口桩的增量幅值大于开口桩的;同一入土深度处,桩身不同h/D位置处桩土界面有效径向应力存在退化现象,且随着h/D和入土深度的增加退化越明显。在加载过程中,h/D=1和h/D=5位置处桩土界面超静孔隙水压力相比沉桩结束时减小,且随着h/D增大,减小幅度也增大;同一h/D位置处,桩土界面有效径向应力增量幅值随着桩顶施加荷载值增加而增大。沉桩过程和加载过程桩土界面超静孔隙水压力和有效径向应力均随着h/D的增加而减小,不同h/D位置处桩土间的有效径向应力变化是沉桩和加载过程桩土界面受力机理不同的重要原因。     

桩间三维土拱效应颗粒流数值模拟及其演化规律

抗滑桩桩间形成的土拱是水平土拱和竖向摩擦拱的共同体现,具有明显的三维特征。利用颗粒流分析软件PFC~(3D)建立数值模型,在桩后不同高度处及同一水平面不同位置设置一系列测量球,监测桩后土体应力变化情况。结合颗粒位移变化情况对抗滑桩桩间三维土拱效应的形成演化进行分析,并对土拱厚度的演化规律做了深入研究,提出结合相对位移和最大主应力等值线综合确定土拱厚度的新方法。分析表明:桩后土拱由桩间临空面靠近桩底开始并不断向土体内部和上部发展,土拱的破坏过程由桩底向桩顶扩展;土拱厚度随深度变化表现为沿桩底向桩顶先增加后减小的趋势;土拱厚度随时间的变化表现为随着加载时间增加,土拱厚度先增加后减小直至土拱破坏。     

边坡工程中抗滑桩合理桩间距的探讨

在对边坡工程中抗滑桩间土拱效应分析的基础上,提出应以桩间静力平衡条件、跨中截面强度条件以及拱脚处截面强度条件共同控制来确定桩间距。得到了较为合理的桩间距的计算公式,定量地说明了在其它因素不变的情况下,桩间距随桩后土体粘聚力或内摩擦角的增大而增大,却随着桩后坡体推力的增大而减小。最后以工程实例说明了桩间距的计算过程,并得到了比较合理的计算结果。     

全遮帘式板桩码头结构遮帘桩合理桩间距确定

遮帘桩桩间距的确定是设计中的一个重要方面,桩间距过小,则浪费材料,经济上不合理,若桩间距过大,则土拱效应得不到良好的发挥,其遮帘效应亦不明显。在确定遮帘桩桩间距时,假定土拱厚度与遮帘桩正面及侧面宽度均有关进而确定土拱厚度,利用土拱合理拱轴线和拱脚土体破坏面的特征,通过桩间土拱静力平衡及强度控制条件得到两种条件下的桩间距计算方程,据此得出遮帘桩的合理桩间距的计算方法,并应用于全遮帘式板桩码头工程。同时,采用三维有限元数值分析确定的合理桩间距大小,与所提出方法的计算结果较为吻合,证实了该方法的可行性、合理性,其成果可供类似工程参考。