悬臂式抗滑桩桩前被动土拱效应研究

基于1∶10的抗滑桩与土体相互作用模型试验,对悬臂式抗滑桩桩前被动区土体的成拱效应趋势做了初步探讨,利用ANSYS对悬臂式抗滑桩桩前被动土拱效应的形成过程及其影响因素进行数值分析,研究了桩身水平位移、桩间距、土体黏聚力和内摩擦角等因素对被动土拱效应的影响。结果表明:相邻两桩桩前一定范围内土体中会产生被动土拱效应,且随着桩身水平位移的增加和沿桩深度的减小,被动土拱效应增强,土拱范围变大;随着桩间距的增加,被动土拱效应减弱,土拱形态先变陡峭而后逐渐变平缓;土体黏聚力与被动土拱效应呈正相关关系,而土体内摩擦角对被动土拱效应的影响较小。     

被动桩–侧移软土相互作用与桩身被动荷载分析

工程桩经常遇到因周围土体侧移而引起的被动受荷问题,为了合理评估此类被动桩的被动荷载效应,基于滑移线塑性理论和饱和软黏土的Tresca屈服准则假定,构建了被动桩与位移软土的平面应变相互作用模型,给出了极限状态下土体绕桩塑流时的被动桩侧向极限土压力计算模型,并进一步考虑桩周位移土塑性区开展范围的影响,建立了桩周土塑性区局部开展时的桩身侧向被动荷载计算模型;在此基础上,通过对不同桩周土塑性区开展范围时桩身被动荷载与桩前法向应力变化规律的分析,建立了边载作用工况下基于桩前法向应力的桩身侧向被动荷载简化计算方法。通过与文献理论解和工程实例实测结果的对比分析,验证了本文计算模型和简化计算方法的可行性。     

侧向受荷桩基性状的数值分析

理论方法或数值方法均可用于分析受邻近土体变形影响的桩基内力与变形性状。然而,土体变形分析结果的精度却常常不能令人满意。采用有限单元法对桩-土相互作用或对承受相邻土体变形影响的桩基的性状进行分析是一种较为有效的分析途径。采用二维平面应变有限元程序建立了周围土体变形条件下单桩的非线性等效分析模型,并与其他方法进行对比。结果表明,采用侧向受荷桩基性状的数值分析分析邻近基坑的单桩和边坡上的单桩的受荷变形性状是可行的,且分析结果与其他方法的分析结果较为一致。     

被动桩土压力计算的被动拱-主动楔模型

针对在桥梁码头、工业厂房等工程中经常遇到的被动桩问题,从土体的运动和应力的传递方式入手,采用将被动桩分为被动侧成拱和主动侧形成应变楔分别计算土压力,实现从简单的一维弹性地基梁模型到复杂的三维桩土相互作用的拓展。考虑实际土体的成层性,被动侧土压力的计算考虑土体的成拱效应,传递到桩身上的应力以动态的应变楔向主动侧土体传递,建立桩土相互作用的整体平衡方程,并采用有限差分方法迭代求解。最后采用一工程实例对该模型进行验证。     

堆积层滑坡防治工程中抗滑桩合理桩间距探讨

土拱效应是安全经济地发挥抗滑桩等非连续支挡结构的支护功能的重要前提,桩间距与成拱作用密切相关.在对滑坡工程中抗滑桩桩间土拱效应的力学模型进行分析的基础上,提出桩间距与桩后土体粘聚力c及其内摩擦角Φ的关系式,利用抗滑桩桩间形成土拱的条件来控制抗滑桩的最大桩间距,并确定出几种情况下最大桩间距的求解公式,最后以实际工程的优化设计来验证其合理性.     

单排抗滑桩沿桩长方向土拱效应分布研究

本文在前人对单排抗滑桩土拱效应和合理桩间距研究成果的基础上,对抗滑桩桩间土拱的成拱机理进行了简要阐述,结合土拱自身受力及变形特点,利用数值模拟的方法对合理桩间距条件下单排抗滑桩土拱效应的空间分布规律进行了研究。通过分析土体的应力及位移情况,发现土拱在不同高度条件下的分布是不同的,同时呈现一定的规律性。并且通过研究表明土拱具有一定的自身调节能力,以适应不同滑坡推力的作用。     

软黏土中水平受荷桩的静力和循环p–y曲线

首先介绍了构建软黏土中水平受荷桩静力p–y曲线的拟三维分析方法,该方法基于考虑土体特性的二维弹性虚拟加载上限方法和改进的三维极限承载力剖面。基于水平受荷桩的静力p–y曲线,引入土体不排水抗剪强度和塑性累积位移间的关系和Masing准则,建立了水平受荷桩的循环p–y曲线。采用考虑土体应力–应变关系及强度衰减的p–y曲线分析离心机模型试验,计算结果表明本文方法可较好地模拟黏土中水平受荷桩的静力及循环承载特性。经试验标定土性相关参数后,本文循环p–y曲线在不同循环荷载幅值下获得的桩顶荷载–位移滞回曲线及相应桩顶荷载衰减曲线均与离心试验结果基本吻合。     

基于渗水力加荷对侧向受荷桩的试验研究

利用自主开发的渗水力试验装置开展渗水力加载模型试验,并研究原位应力场中侧向受荷桩与土体颗粒的相互作用。模型试验利用渗流场和重力场来模拟原位应力场,采用高分辨率照相机来拍摄试验过程中土体的变形照片,并进一步运用粒子图像测速技术来获得原位应力场中土体的位移,可视化研究侧向受荷桩在不同重力场条件下桩周土体的位移场分布规律和桩的力学特性。不同水力梯度(i=0,i=5和i=10)模型试验的成果表明,随着水力梯度的增加桩身位移逐渐减小,桩周土体位移和影响区域明显减小,桩的转动点位置向上移动,其主要原因是水力梯度增加了土体强度,增大了土–桩的相对刚度,加强了桩–土的相互作用。     

门架式抗滑桩土拱效应的数值分析研究

在群桩的各排桩间土体中普遍存在土拱效应。针对现有的二维平面分析法无法真实的反映出门架式抗滑桩桩间土拱效应,在大型室内模型试验的基础上,对模型试验进行数值分析,采用ABAQUS有限元软件分别建立了不同桩间距、桩排距等情况的三维数值模型,对边坡中门架式抗滑桩的群桩土拱效应进行了详细研究,讨论了均布荷载、桩间距和桩排距等因素对门架式抗滑桩群桩土拱效应的影响,揭示了门架式抗滑桩-土之间的相互作用规律,并获得了门架式抗滑桩合理的桩间距和桩排距的取值范围,对于门架式抗滑桩工程的设计和施工具有一定的指导意义。     

边坡工程中抗滑桩群桩土拱效应的数值分析

土拱效应普遍存在于群桩的各排桩间土体中.采用MSC.marc有限元软件,详细研究了边坡中双排抗滑桩的群桩土拱效应,在同排桩桩间距一定下,分析了排列方式为平行排列和间隔排列桩的土拱效应,以及考虑不同排桩桩间距、不同堆载大小、不同土体性质等对群桩土拱效应的影响,以及前后排桩间土体的土拱效应在不同条件下的变化规律, 分析表明,当桩的列间距在3～8倍桩径时,行间距在2～8倍间变化对群桩的土拱效应有明显影响.     

抗滑桩桩后土拱效应特征的三维数值研究

通过对抗滑桩桩后土拱效应的三维数值模拟分析,发现在抗滑桩桩后和桩间土体中存在两种不同作用机理的应力拱,抗滑桩桩后土拱效应随着深度的增加而增强,不同性质的土体土拱具有不同的形状。经过对抗滑桩桩后土拱效应影响因素的分析表明,抗滑桩桩后外载荷大小、桩间距、土体内摩擦角、黏聚力、土体与桩体的相对刚度的大小、土体的泊松比、桩土接触面性状等对土拱效应有不同程度的影响。     

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。     

被动桩土拱效应与影响因素细观研究

采用室内模型试验与颗粒流(PFC2D)数值模拟相结合的方法,对被动桩在砂土中土拱形成机理进行了较系统和深入的研究。研究表明,拱效应是多种因素的组合;桩间距、砂土颗粒孔隙率和桩土接触特征对土拱效应的影响最明显;桩间距小、孔隙率小、桩土接触面粗糙或密实度大的土体,易形成土拱;土拱并不是一成不变的,随着颗粒排列调整,可能在此过程中破坏或重新形成。     

抗滑桩结构的土拱效应及其数值模拟

通过抗滑桩结构的力学分析，建立了抗滑桩结构的有限差分模型。计算结果表明，当桩距适宜的时候，桩后土体将产生土拱效应。分析了土拱产生的机理和产生的条件，对抗滑桩间距的设计有一定的参考价值。     

Geosynthetic-reinforced pile-supported embankments with caps in a triangular pattern over soft clay

Given the limit studies on the behavior of GRPS embankments with different numbers of geosynthetic layers and pile caps in a triangular pattern, this paper conducted a series of three-dimensional (3-D) numerical analyses. The numerical model was verified based on a well-instrumented large-scale test. A 3-D soil arch model was proposed for pile caps in a triangular pattern, in which the crown of the upper boundary was approximately 1.4 times the clear spacing of pile caps. Inclusion of geosynthetic reinforcement reduced the soil arching effect but increased the total load carried by the piles. For the case with three geosynthetic layers, the lower layer had a significant effect on load transfer than the middle and upper layers, but each layer had an almost proportional effect on mitigating the differential settlement on the top of the gravel cushion. The maximum strains in the reinforcement concentrated on the geosynthetic strips bridging over two adjacent square cap corners.     

抗滑桩桩间土拱效应及合理桩间距的研究

根据桩间土体侧摩阻力的变化和相对运动所引起位移的差异提出了用等效抗滑桩模型代替实际抗滑桩的研究思路,进而分析了桩间土拱的形成过程。根据桩间土拱的受力特征得到了有效土拱的最前端应是楔紧作用最显著的土拱单元而不是土拱自然延伸的最前端构成的观点。在此分析和假设前提下建立了抛物线型桩间土拱的数学力学模型,并得到了最大桩间距必须满足的平衡条件和强度条件。     

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。     

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。