节理裂隙岩体地基输电线路复合基础数值模拟算例分析

本文通过FLAC3D数值计算方法对掏挖+岩石锚杆新型复合基础进行模拟分析,确定出上部掏挖部分极限强度发挥度k1、岩石锚杆部分极限强度发挥度k2的参数取值,很好地解决了杆塔结构对基础的上拔荷载如何合理地分配到上部原状土掏挖基础与下部岩层岩石锚杆基础上的问题,为新疆山区岩体地基的输电线路杆塔基础模块化和标准化设计及施工技术提供依据。     

粗颗粒盐渍土地基掏挖基础抗拔承载模型试验研究

考虑不同粗颗粒盐渍土层状态(结晶、溶蚀)和厚度,通过对粗颗粒盐渍土地基掏挖基础进行抗拔承载模型试验,分析了掏挖基础的抗拔承载特征。研究结果表明,上拔加载过程中地面以基础为中心产生明显隆起现象,逐渐形成以基础为中心的环状和放射状裂缝。地面隆起范围近似呈圆形扩大趋势;上拔位移随距基础中心距离增大而不断减小,上拔位移梯度随荷载增加逐渐增大。荷载–位移曲线呈现出典型的"软化型"特征;结晶状态下基础抗拔承载力随着盐渍土层厚度增加显著增加;结晶状态下基础抗拔承载力显著高于溶蚀状态。粗颗粒盐渍土地基破裂面形态表现为分段直线方程形式;普通粗颗粒土层、结晶状态粗颗粒盐渍土层及溶蚀状态粗颗粒盐渍土层上拔角分别约为32°,34°及18°。     

输电线路掏挖基础承载特性离心机试验研究

掏挖基础是输电线路建设中广泛采用的基础型式,但对其复合加载承载特性的研究较少。针对不同荷载工况下坚硬黏性土地基中掏挖基础承载特性,开展离心机模型试验研究。结果表明,单独上拔荷载作用下,地基破坏模式受基础埋深比的影响,浅及深埋的临界埋深比在2～3范围;水平荷载作用下,对于高露头基础,随着露头高度增加水平承载力明显降低;对埋深比为2的无露高基础,先施加水平力会使其极限上拔承载力有所提高,施加的水平力越大,基础抗拔能力越强;对埋深比为2的有露高基础,在施加相同水平荷载和相同弯矩2种情况下,基础的净峰值抗拔力与无露高基础HV组合加载时的抗拔承载力相差均小于10%,即高露头产生的弯矩对HV组合加载时基础上拔承载力的影响相对不大。所得结论可为不同荷载工况下输电线路掏挖基础设计提供一定参考。     

加筋风积沙地基直柱扩展基础抗拔试验

通过3个直柱扩展基础在风积沙和加筋风积沙两种地基条件下的上拔荷载、上拔和水平力组合荷载6个工况的现场试验,研究风积沙、加筋风积沙地基直柱扩展基础抗拔承载性能和机理。试验结果表明:①上拔荷载下,风积沙和加筋风积沙地基均呈整体突变性破坏;②上拔和水平力组合工况下,风积沙、加筋风积沙地基直柱扩展基础的水平荷载主要由基础自重承担,水平位移决定了基础抗拔极限承载性能;③土工格栅可提高风积沙地基抗拔和抗水平力承载性能,上拔、上拔和水平力组合工况下基础的上拔极限承载力较风积沙地基分别提高了21.7%和32.8%。     

粗颗粒盐渍土地基掏挖基础抗拔承载模型试验研究

考虑不同粗颗粒盐渍土层状态（结晶、溶蚀）和厚度,通过对粗颗粒盐渍土地基掏挖基础进行抗拔承载模型试验,分析了掏挖基础的抗拔承载特征。研究结果表明,上拔加载过程中地面以基础为中心产生明显隆起现象,逐渐形成以基础为中心的环状和放射状裂缝。地面隆起范围近似呈圆形扩大趋势;上拔位移随距基础中心距离增大而不断减小,上拔位移梯度随荷载增加逐渐增大。荷载-位移曲线呈现出典型的“软化型”特征;结晶状态下基础抗拔承载力随着盐渍土层厚度增加显著增加;结晶状态下基础抗拔承载力显著高于溶蚀状态。粗颗粒盐渍土地基破裂面形态表现为分段直线方程形式;普通粗颗粒土层、结晶状态粗颗粒盐渍土层及溶蚀状态粗颗粒盐渍土层上拔角分别约为32°,34°及18°。     

戈壁碎石土地基原状土掏挖基础抗拔试验研究

在甘肃和新疆的7个试验场地完成了40个戈壁碎石土地基原状土扩底掏挖基础抗拔试验,得到了基础抗拔荷载-位移特性.结果表明,上拔荷载作用下,戈壁碎石土地基掏挖基础具有良好的抗拔承载性能,荷载-位移曲线呈大致相同变化规律,可分为扩大端土体被压密的弹性阶段、土体剪切变形至塑性区贯通的弹塑性阶段、滑动面形成至破坏的3个特征阶段.根据基础荷载-位移曲线,采用双切线交法确定了试验基础极限上拔承载力.基于土体滑移线场理论和Mohr-Coulomb强度准则,引入抗拔土体圆弧滑动面假设,推导了戈壁掏挖扩底基础的抗拔承载力理论计算公式,并将试验结果与理论计算结果进行了对比分析.     

复杂荷载工况下输电线路挖孔桩承载性能现场试验研究

为了研究输电线路基础在复杂受力条件下的承载性能的差异,以输电线路工程中常用的人工挖孔桩为对象,选取典型输电线路工程的黄土地基为试验场地,开展了四种荷载工况下输电线路挖孔桩承载性能的现场试验。通过测试桩顶位移、桩端土体压力,分析了不同荷载工况下人工挖孔桩的荷载位移曲线、极限承载力以及桩端土压力。结果表明：由于承载机理及破坏模式的差异,不同性质竖向荷载作用下的挖孔桩,其荷载–竖向位移曲线形态特征呈现明显差异,具体表现为上拔荷载工况时呈“陡降型”,下压荷载工况时呈“缓变型”;对于组合荷载工况下的挖孔桩,下压力提高了其抗水平承载能力,反之,上拔力削弱了其抗水平承载能力;桩端土压力与下压荷载之间关系可回归为二次函数,由于不同类别桩基在水平荷载作用下变形特性的差异,刚性桩桩端土压力偏心作用明显,弹性桩偏心作用不明显。     

输电线路强风化软岩挖孔基础抗拔试验研究

山区风化程度高的岩基塔位采用挖孔基础,包括直柱挖孔桩、坛子型嵌固、扩底掏挖等3种模型。通过在强风化软岩中开展17组不同模型的挖孔基础上拔试验,分析基础承载性能与破坏机理。荷载位移曲线表明:浅埋时基础呈线性状态分布,深埋时呈缓变型分布;地表竖向位移变化规律表明,基础周围出现显著裂缝表征着基础即将整体破坏,破坏状态为基础本体与周围土体被整体拔出,基础发生整体剪切破坏;基础破裂角随埋深迅速降低,但达到一定埋深后破裂角基本不变;强风化软岩的岩石等代极限剪切强度取32kPa;以单位体积混凝土能承担的上拔承载力为准进行经济性分析,扩底掏挖型模型的经济效益显著。     

上拔与水平力组合作用下加筋风积沙斜柱扩展基础试验

在土工格栅加筋风积沙、土工网垫加筋风积沙以及未加筋风积沙地基条件下,开展了3个不同尺寸斜柱扩展基础上拔水平力组合荷载作用下9个工况的现场试验。根据基础的顶部荷载与位移、基底土压力变化以及地表裂缝分布情况,分析了基础尺寸、加筋材料及其铺设方式对风积沙斜柱扩展基础承载性能的影响规律,研究了加筋风积沙地基的破坏机理。结果表明：加筋风积沙斜柱扩展基础上拔水平力组合荷载作用下①其承载机理是基础底板上方地基压缩挤密-塑性区出现并进一步发展-局部剪切破坏的渐进破坏过程,且地基破裂面具有不对称性;②土工格栅提高了风积沙地基的抗拔和抗倾覆的承载能力和抗变形能力,且铺设层间距越小,改善效果越好;土工网垫由于其易变形特点,不能提高甚至降低了风积沙地基承载能力;③降低基础露头高度、增加基础埋深、扩大基础底板尺寸均可有效提高基础上拔和水平承载力。     

软土地基复合沉井基础抗拔承载特性现场试验研究

本文以软土地基中的复合沉井基础为研究对象，开展了2种不同埋深的真型基础现场抗拔承载性能试验，对比分析了试验基础的荷载—位移曲线、抗拔承载力和地基破坏模式。研究结果表明：沉井深度的增加，导致基础荷载—位移曲线由“陡降型”转变为“缓变型”,变形特征由“弹脆性”转变为“弹塑性”,抵抗大变形的能力提高；沉井深度增加1倍，其抗拔承载力及极限位移分别提高21%和1.1倍；上拔荷载作用下的复合沉井基础，其周围土体经历了“土体受拉破坏—局部剪切破坏—整体剪切破坏”的变化过程，其影响范围主要受上部承台结构尺寸及地基土性质的影响。     

喀斯特地区短桩锚杆复合基础现场抗拔试验及设计方法研究

针对喀斯特地区输电线路工程中普遍存在的上覆厚土层(4~7m)、下卧中等风化及以上岩石的特殊地基条件,提出一种短桩锚杆复合基础。为了揭示复合基础的承载机制,建立相应的工程设计方法,推动这种新型基础在工程中的应用,选取位于广东阳春典型喀斯特地区的上覆粉质黏土、下卧微风化石灰岩的地基作为试验现场,依据我国110~1 000 kV电压等级输电杆塔承受的上拔荷载,设计出6个不同入土深度、不同锚筋数量的1∶1全尺寸短桩和复合基础,通过开展现场抗拔承载特性试验,获得试验基础的荷载位移曲线、抗拔承载力、地基破坏模式等规律,进一步揭示复合基础的抗拔承载机制;结合现场试验结果与理论分析,提出复合基础的失效是由其下部锚杆基础破坏时对应的上拔位移所控制,在此基础上建立复合基础抗拔承载力的计算公式,并给出复合基础失效位移以及承载力分配系数的确定方法。通过与现场试验结果的对比,验证所给方法的正确性,为该类新型基础在工程中的推广应用提了理论依据。     

斜坡地基中基础抗拔承载特性的试验研究

斜坡地基中杆塔基础抗拔承载特性是目前输电线路工程中亟待解决的关键技术难题之一,而目前的相关成果仅停留在理论分析中,并无试验数据支撑。本文以输电线路中常用的掏挖基础为研究对象,在20#斜坡地基中开展了直柱、扩底两种结构型式的全尺寸基础上拔静载试验,获得试验基础荷载位移曲线、地基土压力、地表土体裂缝等数据,对比分析了两种型式的基础在变形特征、破坏模式、抗拔承载力构成等方面的差异。结果表明:直柱基础荷载位移曲线呈陡降型,扩底基础呈缓变型,且扩底基础抗拔承载力是直柱基础的2.5倍;沿坡向两侧土体在变形和破坏特征方面均存在差异,这种差异是由两侧土体有效抗拔深度不同所致;基础抗拔承载力的三个组成部分基础自重、扩大头处土抗力(直柱基础这部分为0)、基柱侧摩阻力在加载过程中发挥程度存在明显的阶段性差异。     

戈壁滩地基掏挖基础抗拔承载特性现场试验

以甘肃境内戈壁滩碎石土地基中的直柱、扩底两种结构型式的掏挖基础为研究对象,通过开展全尺寸试验基础的现场上拔试验,获得了试验基础的荷载位移曲线及地基土体的破坏模式,并分析得到基础抗拔承载力和侧摩阻力。     

地基螺旋锚抗拔承载性能原位试验研究

输电杆塔螺旋锚基础常用于软土地基,为揭示泥沼软土原状地基螺旋锚抗拔承载性能,开展了不同锚盘直径、埋深、锚盘间距的螺旋锚原位抗拔载荷试验,得到了单锚基础荷载与位移关系曲线及其抗拔极限承载力,分析了泥沼软土地基螺旋锚抗拔承载特性,以及锚盘直径、盘个数、埋深、持力层性质对螺旋锚抗拔承载性能的影响,结果表明:软土地基中,螺旋锚荷载与位移关系曲线临塑荷载较小且塑性变形阶段较长;锚盘直径越大、个数越多则承载力越高;当相邻锚盘间距与锚盘直径之比大于2. 0时,同一螺旋锚的锚盘之间抗拔承载性能的相互影响可忽略;锚盘持力层性质对螺旋锚抗拔承载力的影响比埋深更明显。     

重塑碎石土地基螺旋锚抗拔模型试验及承载机理分析

为研究螺旋锚基础的适用性,促进其在碎石土地基中的应用,在室内开展了重塑碎石土地基螺旋锚整模和半模轴向上拔静载荷试验。基于上拔荷载-位移关系曲线、碎石土体纵断面裂缝分布及形态等试验结果,分析碎石土中螺旋锚抗拔承载特性,以及锚盘对其承载性能的影响,研究螺旋锚抗拔承载机理。结果表明:浅埋于碎石土中的锚盘往往发生整体剪切破坏并且承载力具有弱化现象,而深埋锚盘主要发生上部土体局部剪切破坏进而变形逐渐增大;螺旋锚承载过程初期,锚盘上部碎石土被挤密,荷载与位移呈近似线性关系,随着荷载的增大,锚盘上部土体被压缩、剪切,导致变形不断增大,最终导致承载失效;锚盘数量越多、埋深越大,螺旋锚抗拔承载力越大、变形越小,增加埋深对承载力影响在小位移时即可充分发挥作用。因此,碎石土中螺旋锚属于一种深基础,锚盘与土体的相互作用是影响其承载力的主要因素。     

岩石地基中不同结构形式挖孔基础抗拔承载特性研究

以我国山区输电线路工程中常采用的岩石地基挖孔基础为研究对象,采用FLAC3D软件对不同埋深的扩底型和坛子型挖孔基础在上拔荷载作用下的变形破坏过程进行数值分析,获得基础的荷载-位移曲线和上拔岩体的滑动面形态曲线;引入荷载位移曲线不同阶段斜率k_1、k_2、k_3分别定量表征基础弹性、弹塑性变形特性和开裂破坏变形特性,引入破坏半径R和上拔角θ定量表征上拔岩体的破坏模式。分析表明:基础各个阶段的变形特性及破坏模式与基础结构形式和埋深有关,坛子型较扩底型弹性变形阶段抗变形能力强,而弹塑性发展阶段和破坏开裂阶段的抗变形能力则正好相反;埋深较小时,两种基础滑动面形态特征相似,呈倒立的"锥台型";埋深较大时,扩底型基础基底上部岩体出现"应力泡",滑动面形态近似"花瓶状";坛子型基础地基岩体的破坏半径R和上拔角θ均大于扩底型基础。     

青藏输电工程回填细粒冻土性质和铁塔基础载荷试验研究

为分析青藏直流输电工程回填冻土地基和铁塔基础承载性能,在浅部冻土处于冻结和融化两种状态时,分别进行回填细粒冻土性质试验和在三向荷载共同作用下锥柱式扩展基础的载荷试验。基于土工试验结果分析了冻融过程中回填地基的工程性质,得到一个冻融周期后地表沉降量为0.23 m,与实际情况一致。通过对基础承载特性及荷载与位移双曲线关系模型的分析,得到了基于地基基础相互作用极限状态条件下基础的极限承载力。针对季节活动层融化和冻结状态,应用试验结果验证了上拔工况下铁塔扩展基础稳定性分析模型和方法,获得了冻结状态时细粒冻土的上拔角。试验研究表明：当浅部活动层处于冻结状态时,地基强度及基础承载性能优于融化状态;冻土融化可缩小细粒土的孔隙比、提高密实度,并增加含水率和饱和度;土体冻结与否对地基的抗剪、上拔角等力学指标有显著影响,因此,保持深部回填地基的冻结状态对基础安全承载至关重要。     

柔性半掏挖基础上拔承载力模型试验及计算理论

根据柔性半掏挖基础具有良好抗拔性能,适用于原状土土性较好且地下水位较深的地质条件的特点,以土性参数、深径比及锥体扩展角为参数,设计并制作4组原状土新型基础试验模型,开展其上拔稳定承载力试验;试验得到新型基础在上拔荷载下分为弹性段、弹塑性非线性段、直线破坏段3个变形阶段,以及最终地面土体隆起开裂的破坏形态。同时,开展不同场地土性参数下新型基础上拔稳定承载力特性的非线性模拟分析,考察柔性半掏挖基础与传统基础上拔荷载–位移特性及传力机制的差异。最后,对比土重法和剪切法2种计算理论的差异,当新型掏挖基础的深径比较大时,采用土重法计算承载力比剪切法计算值大20%以上且趋于不安全;基于土体剪切法圆弧面滑动面假设的上拔承载力计算理论,验证了上拔承载力理论计算值与试验值及模拟值吻合良好。     

风积砂地基扩展基础上拔机理及计算模式

对风积砂地基扩展基础在上拔荷载作用下进行了室内模型试验 ,分析研究了土中应力、位移、破坏形式 ,并提出其强度机理及极限上拔力的计算公式。     

斜向抗拔螺旋群桩基础承载性状试验研究

通过3桩等边三角形承台原型群桩基础的4次斜向抗拔、2次垂直抗拔和5次单桩垂直抗拔试验,绘制了相应的荷载位移关系曲线。依据地基变形特点和曲线变化特征,建议采用具有明确物理特征的H-(△x/△H)曲线判定螺旋群桩基础水平方向极限荷载,垂直方向抗拔极限荷载依据单位荷载的桩顶位移变化率、桩顶位移增量以及地基变形特征判定,并讨论了群桩基础在斜向荷载和垂直荷载上拔过程中的群桩效率。试验表明:抗拔群桩基础的群桩效率与外荷载的作用角度有关,斜向抗拔螺旋群桩基础的群桩效率小于垂直抗拔群桩基础的群桩效率,荷载水平分量加快了该种群桩基础的上拔破坏,斜向抗拔群桩的极限破坏荷载和极限位移要小于垂直抗拔螺旋群桩基础。