埋入式抗滑桩抗震性能振动台试验与数值分析

在静力作用下,已提出的有限元强度折减法在边坡支护中已经广泛运用,并取得了良好的经济效应。但在地震作用下,如何计算还需要研究。为提出合理的计算方法,进行振动台试验与数值分析。试验时输入双向汶川卧龙(NE)波,通过不断加大输入地震波的幅值,监测桩前、后土压力、坡面位移和加速度响应,研究埋入式抗滑桩在地震作用下的边坡破坏机制,最后通过提出的完全动力有限元法进行数值模拟。试验及数值模拟结果表明两者吻合较好。在地震动作用下,边坡破坏面是张拉-剪切复合破坏;有桩时比无桩时的边坡承载力大大提高,为埋入式抗滑桩抗震设计提供合理计算方法。     

抗滑桩和锚杆联合支护下边坡抗震性能振动台试验研究

为研究抗滑桩和锚杆联合支护下边坡的地震响应规律及破坏过程,开展了相应的振动台模型试验。通过输入三种不同地震波,不断增大地震波的峰值,得到了支挡结构的动应力分布规律及加固机理。试验表明:1坡体裂缝的产生对其加速度响应规律影响很大,在裂缝产生后,常规的响应规律将发生突变。2在高烈度地震波作用下,深层次的基岩也会受到一定程度的损伤破坏,深层的破坏可能使得对边坡失稳模式的常规设防(针对滑动面)变得失去意义。3在地震过程中,由于坡体向外滑动,同一锚杆的不同位置发挥最大抗力的时间具有先后顺序,靠近坡面的锚杆段首先达到最大值,依次为后面的自由段、锚固段。4在地震作用较小时,桩后动土压力近似成抛物线分布,桩前动土压力成矩形分布;随着地震作用的增大,靠近滑带处的桩前、桩后动土压力增长较快。试验结果为该支挡形式的抗震设计提供有益的参考。     

下伏基岩堆积体边坡抗滑桩加固前后地震响应特征离心模型试验

 为研究抗滑桩加固上覆堆积体--下伏基岩二元结构边坡的抗震机制,开展2组1∶50比尺的离心振动台模型试验,以对比分析下伏基岩堆积体边坡在抗滑排桩加固前后的地震响应特征与抗滑桩的桩身弯矩分布规律。试验时,输入4级加速度峰值连续增大的El Centro波,监测边坡模型坡面与坡体内的加速度响应、坡顶沉降变形以及抗滑桩上静、动弯矩的分布。试验结果显示由于抗滑桩抑制了上覆堆积体的下滑,坡顶的加速度峰值(PGA)放大系数、加速度反应谱以及竖向沉降变形均有不同程度的降低。抗滑桩一方面加固了上覆堆积滑体另一方面在坡体内产生了地震波的反射叠加效应,使得边坡水平响应加速度放大系数出现了桩前增大桩后减小的现象。下伏基岩堆积体边坡坡顶沉降与Arias烈度在抗滑排桩加固前后均具有良好的正相关线性关系。地震荷载作用过程中抗滑桩动力响应弯矩变化幅值明显大于地震作用后的静弯矩增量,且静弯矩与动弯矩变化幅值的分布均在基岩面附近达到峰值,易在基岩面附近造成抗滑桩的破坏,类似工况下抗滑桩的抗震配筋设计应充分考虑这一特点。     

基于三维强度折减有限元的抗滑桩优化探讨

采用抗剪强度折减弹塑性有限元法分析含抗滑桩边坡稳定性优化问题,结果表明,在采用单排抗滑桩支护、坡脚和坡顶水平且坡体材料是各向同性材料时,桩布置在边坡中线上最有利于提高边坡稳定性,增大抗滑桩密度比增大桩径更能有效提高边坡的稳定性。     

不同锚固方式下软弱破碎岩质边坡渐进破坏特性的模型试验研究

在软弱破碎岩体中进行人工边坡开挖,往往因局部坡体应力集中或变形过大而导致边坡失稳破坏,为此需要采用大量的锚杆加固岩体。为进一步了解该类边坡的变形破坏机制及其支护加固效果,以 Ⅳ 类围岩为参照对象,将其等效为单一均质地层,并根据相似理论建立其地质力学模型,随后开展了不同锚杆加固方式下岩质边坡破坏特性的试验研究。试验结果表明,当不采取加固措施时,软弱破碎岩质边坡的塌方主要是由于坡顶岩体的张拉和坡脚岩体的压剪共同作用的结果,且往往呈渐进性破坏机制;当采取锚杆加固时,一方面,锚杆加固可有效提高边坡岩体的承载能力和抵抗变形能力,锚杆的作用主要体现在抗剪止裂和抗拉伸两个方面,另一方面,不同的锚杆直径、锚杆长度和锚固间距对边坡岩体的加固效果和最终破坏模式有较大影响。     

悬臂抗滑桩加固堆积型滑坡地震响应离心模型试验研究

为研究悬臂抗滑桩加固堆积型滑坡的地震响应、抗滑桩桩后动土压力和桩身弯矩分布规律,设计完成50倍重力加速度条件下的悬臂抗滑桩加固堆积型滑坡离心振动台模型试验。试验过程中,采用汶川地震清溪台站反演的基岩波作为基底输入,不断增大输入地震波的幅值,通过监测滑坡不同位置加速度响应、抗滑桩桩后动土压力和桩身应变研究不同强度地震动作用下悬臂抗滑桩加固堆积型滑坡的抗震性能。试验结果表明:滑坡土体中加速度响应随高程增加而增大,趋于坡顶时放大效果最大,具有明显的高程放大效应,而滑坡坡面处呈现浅表放大效应;抗滑桩加固使滑体土体响应受到一定限制;桩后动土压力随着地震动的输入迅速增大至峰值,此后保持稳定形成残余动土压力作用于抗滑桩上;抗滑桩各截面动弯矩呈现出凸形分布规律,弯矩最大值出现在基岩面附近处;桩后动土压力和桩身动弯矩均随着地震动强度的增大而增大。所得到的成果为边坡悬臂抗滑桩抗震设计提供良好的基础。     

岩质边坡断续裂隙阶梯状滑移模式及稳定性计算

阶梯状滑移破坏是一类典型岩质边坡破坏失稳模式。在总结断续裂隙阶梯状滑移的岩质边坡地质结构特征的基础上,利用离散元二维颗粒流程序（PFC^2D）模拟研究了边坡阶梯状滑移破裂模式及其演化过程。边坡岩桥可归纳为剪切贯通破坏、张拉贯通破坏及张–剪混合贯通破坏3类。通过岩石细观颗粒黏结力场、岩桥段应力及破裂贯通演化分析,揭示了重力作用下阶梯状滑移是从下而上岩桥逐个渐进性破裂贯通演化的过程,坡体后缘张裂纹发展贯通是下部坡体的牵拉作用造成;以缓倾角阶梯状平行裂隙边坡（岩桥倾角90°,裂隙倾角30°）为例,阶梯状滑移过程大致可分为坡体弹性稳定变形、下部岩桥贯通破坏、中上部岩桥贯通–后缘张裂、整体沿贯通面滑移共个阶段,其中第3个阶段坡体微断裂数急剧增加,为滑裂带扩展至贯通的临界失稳状态。基于滑移模式及其演化过程的认识,建立了岩桥剪切贯通、张拉贯通和张–剪混合贯通三类阶梯状滑移边坡稳定性计算理论模型,推导了考虑岩桥强度和贯通率的边坡安全系数极限平衡计算公式。     

变刚度悬臂式双排抗滑桩水平推桩模型试验研究

双排抗滑桩常用于加固大型滑坡,其中悬臂式双排抗滑桩由于施工便利,受到工程界广泛重视。已有研究表明,后排桩承受的滑坡推力大于前排桩,是困扰设计的重要问题。文章借鉴变刚度调平设计原理,通过改变前后排桩间距实现前后排桩刚度的调整,设计了变刚度悬臂式双排抗滑桩支护形式,并进行了室内水平推桩模型试验,得到桩顶及坡顶位移、桩身弯矩以及滑体内土压力分布。结果表明：水平推桩模式下,桩顶位移和桩身弯矩随荷载增大而增大,模型边坡沿着滑动面破坏,根据桩顶的荷载-位移曲线,双排桩在推力作用下的发展过程被划分为三个阶段;适度增大前排桩的桩间距并不会明显降低双排抗滑桩的临界荷载;采用变刚度调平设计悬臂式双排抗滑桩,前排作用被充分调动,前后排最大弯矩差值变小;双排抗滑桩存在明显的三维土拱效应,在推力方向上被划分为后排桩后土拱效应、桩排间土拱效应、前排桩前土拱效应,在深度方向上,滑体中部土拱效应与滑体下部有所不同;适度扩大前排桩的间距,桩排间土体保持稳定,未见土体绕流现象,桩排间土拱效应作用明显。     

边坡动力破坏特征的振动台模型试验与数值分析

采用大型振动台模型试验,输入幅值逐级增大的地震波,直到边坡破坏,得到边坡动力破坏特征:上部拉裂缝和下部剪切滑移面形成贯通的破裂面,滑体上监测点位移和加速度响应突变,表明边坡已经发生破坏,且坡顶局部块体在地震作用下发生抛射现象。采用FLAC动力差分软件通过逐渐加大输入地震波幅值,模拟模型边坡振动台试验过程,证实拉裂缝与剪切滑移面贯通是边坡动力破坏的必要条件,位移和加速度响应突变可以作为边坡动力破坏的判据。振动台试验和数值计算在边坡动力破坏三个特征上吻合较好,证明振动台模型试验结果的合理性,也证明数值分析方法的可靠性。     

h型抗滑桩工作性状有限元分析

以宁德地区某一典型边坡支护工程为背景,运用有限元软件PLAXIS分析了h型抗滑桩的受力、变形特性和坡体稳定性,与单排桩和门架式双排桩支护结构进行对比分析。结果表明,主桩的弯矩和剪力均在冠梁连接处出现突变,主桩上桩体在受力性能表现为悬臂梁受力特性,下桩体和副桩共同作用表现为刚架结构受力特性,在变形性能上可以发挥门架式双排桩的特性。即h型抗滑桩兼有单排桩和门架式双排桩支护结构受力特性,同时具有侧向刚度大、侧向位移小的特点。     

地震波作用下桩-锚支护切方直立土坡的动力响应分析

桩-锚联合支护是边坡加固和治理工程中极为有效的支护形式。开展地震荷载作用下桩-锚支护土坡动力响应研究,对分析桩-锚支护土坡的抗震性能及在地震中的破坏机理,合理指导边坡支护抗震设计等方面都具有十分重要的意义。通过建立一个切方直立土坡概化模型,按常规设计参数建立桩-锚支护体系;通过数值分析获得边坡静力条件下应力-应变状态和...     

沉埋桩的有限元设计方法探讨

采用有限元法针计算不同桩长的埋入式抗滑桩在设桩位置的滑坡总推力,计算桩身所受推力分布形式、推力大小和桩顶至坡面的滑坡推力分布形式、大小,计算桩长变化时滑坡体加固后的稳定性。计算表明:桩长变化,设桩位置的总滑坡推力大体相等。桩长度变短,桩身的滑坡推力、桩的最大弯距与最大剪力降低。增加桩的锚固段的长度可以降低桩身的最大剪力。综合桩长变化滑坡体加固后的稳定性、滑坡推力和桩身内力的变化规律,发现沉埋桩既可使滑坡体达到足够的稳定性,且有很大的经济效益。     

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。     

两级抗滑桩对坡顶建筑物的安全控制研究

采用两级抗滑桩对边(滑)坡进行治理过程中,当坡顶存在建筑物或者规划建设建筑物时,除了考虑边坡的整体稳定性,还必须良好控制坡顶土体位移量,从而保障坡顶建筑物的安全和稳定。该文通过建立有限元计算模型,分析了两级抗滑桩对坡顶土体位移的控制效果,探讨了浅基础离边坡的安全距离及深基础对边坡稳定性的影响。得到以下结论:坡顶土体位移主要受到二级抗滑桩的控制,且二级抗滑桩距离坡肩越近,坡顶土体位移越小；当坡顶存在浅基础时,坡顶土体位移越大,建筑物所需的安全距离(离边坡的距离)越大；当坡顶存在深基础时,桩基距离边坡坡肩越近,对边坡的稳定性越不利；相对于桩基所受垂直荷载,水平荷载对边坡的稳定性影响更显著。在此基础上,对广西某滑坡进行了优化设计,最终实测结果表明两级抗滑桩对桩顶土体位移控制效果良好。     

汶川地震中国道G213左侧某典型高山河谷场地地震滑坡响应分析

 以国道G213左侧一处包含河谷地形的高陡边坡为原型,采用新型离散元计算方法--基于连续模型的离散元方法(CDEM),对高烈度地震作用下高陡边坡上的堆积体滑坡由变形累计到破坏滑动的全过程进行模拟,并结合振动台试验结果,对该高陡边坡上堆积体的地震滑坡响应进行研究。研究结果表明,在地震力和重力作用下,堆积体顶部先出现应力集中,造成堆积体沿基岩–堆积体结构面后缘产生变形,进而造成该处出现拉伸、剪切破坏点,之后随着地震动的持续,基岩–堆积体结构面上的剪切破坏点逐渐向堆积体中前部的锁固段扩展,同时伴随着堆积体表面拉伸破坏点的增加,最终造成锁固段发生渐进性破坏,堆积体从剪出口滑出形成滑坡。滑塌发生的时间与地震动峰值加速度到达的时间同步或稍微有所滞后。在高陡边坡地形中,以输入地震波为基准,不论是坡面还是坡体内,不同位置的峰值加速度沿坡高均有所放大,表现为竖向峰值加速度的放大效应＞水平峰值加速度的放大效应,坡面峰值加速度的放大效应＞坡体内峰值加速度的放大效应。在河谷地形中,以输入波为基准,不论是河床还是河岸两侧的斜坡,不同位置的峰值加速度沿高程均具有不同程度的放大;河谷对加速度放大效应的影响具有一定范围,且在该范围内水平加速度的放大效应＞竖向加速度的放大效应,与坡面处加速度的放大效应刚好相反;加速度的放大效应具有一定的方向性,且该方向性与河岸两侧斜坡的坡度有关;加速度放大效应在河谷底部的分布具有不均匀性,距离河岸越近,加速度放大效应越强烈。     

微型抗滑桩双排单桩与组合桩抗滑特性研究

 通过3组大型模型试验,研究微型抗滑桩双排单桩与组合桩在加固边坡时的抗滑特性。边坡位移监测结果表明,微型抗滑桩能提供较大的抗滑力,降低变形速率,对边坡有较好的加固效果;组合桩加固效果更佳,较单桩抗滑力提高6.8%。桩体破坏有3种形式：桩体弯曲、桩土脱空、桩体断裂;双排单桩裂纹倾角较大,为65.7°,呈弯–拉破坏;组合桩裂纹倾角为33.9°,呈拉–剪破坏;后桩裂纹宽度较前桩大。双排单桩桩体自由段土压力沿桩身呈“S”型分布;后桩承受土压力大于前桩,前后桩最大土压力之比为0.53∶1～0.50∶1;桩前滑面层位存在桩土脱空区,土压力最大值在滑移面上10%桩长附近;桩体嵌固段土压力在下滑力较小时呈倒三角形分布;当土压力较大时呈矩形分布。组合桩由于连梁作用,前桩桩顶产生较大的正弯矩,桩身最大负弯矩出现在滑面附近,前后桩最大负弯矩之比为0.67∶1～0.80∶1。     

Seismic stability of earth slopes with tension crack

Cracks at the crest of slopes frequently occur during earthquakes. Such cracks result from limited tension strength of the soil. A tension cut-off in Mohr-Coulomb shear strength can represent this limited strength. Presented is an extension of variational analysis of slope stability with a tension crack considering seismicity. Both translational and rotational failure mechanisms are included in a pseudo-static analysis of slope stability. Developed is a closed-form to assess the seismic stability of slopes with zero tensile strength. The results indicate that the presence of the tension crack has significant effects on the seismic stability of slopes, i.e., leading to small value of the yield acceleration. Considering soil tension strength in seismic slope analysis may lead to overestimation on the stability, as much as 50% for vertical slopes. Imposing tension crack results in transit of the critical failure mode to a straight line from a log-spiral, except for flat slopes with small soil cohesion. Under seismic conditions, large cohesion may increase the depth of crack, moving it closer to the slope.     

土–桩基–核岛体系动力相互作用振动台试验及数值模拟

利用振动台试验研究了土–桩基–核岛体系动力反应规律,分析了桩身内力分布特征、变形规律和桩身破坏模式。试验结果表明:输入不同幅值的地震动时土层与桩基础结构均出现加速度放大情况,其中远离结构自由场放大系数峰值出现土层表面,桩间土层放大系数峰值出现在土层中部,表明桩基础对土层加速度放大情况有一定影响;桩身在中部出现加速度放大峰值后在靠近承台位置出现减小,表明上部结构对桩身加速度放大分布有显著影响。桩身剪力在桩-承台连接处最大并随深度增加而减小,弯矩在桩顶部及中上部位置较大。桩-承台连接处、桩中部(约6倍桩径)为桩身薄弱环节,破坏形式为拉伸剪切破坏及弯曲破坏。群桩各桩的破坏顺序为沿振动方向一侧边桩先出现破坏并引起中部角桩破坏,后中桩破坏,另一侧边桩最后破坏。水平地震荷载作用下群桩的可能破坏机制是沿振动方向的边桩由于受桩周土的约束较弱、最先受到地震的作用,更容易先发生破坏,并引起其它位置的桩发生破坏。     

复合配筋预制混凝土管桩的抗弯抗剪性能试验研究

为进一步推广先张法预应力离心混凝土钢绞线桩(PSC桩)在高烈度抗震区的应用,在PSC桩中加入与钢绞线相同数量的螺纹钢筋,研发了先张法预应力离心混凝土复合配筋钢绞线桩(PSRC桩),并对3种规格共12根管桩试件进行了足尺抗弯及抗剪性能试验,对比分析了PSC桩和PSRC桩在抗裂性能、抗弯(剪)承载力、变形能力及裂缝分布等方...     

抗滑桩的优化分析

大截面的抗滑桩具有复杂的受力特性,建立了有限元模型,分析了采用单排和双排抗滑桩支挡后的稳定系数和破坏模式,对于单排抗滑桩,以支挡后的稳定系数为目标,确定了边坡的最佳设桩位置和最佳桩顶下沉高度;对于双排桩,两排桩上的推力总和要大于只设前排桩时的推力;当排距较小时,滑坡推力几乎全由后排桩承担,由于后排桩的遮蔽作用,前排桩达不到最佳抗滑效果,随着排距增加,前排桩分担的推力逐渐增加,当达到一定排距后,两排桩完全独立工作,各自承担一部分滑体推力,前后两排桩均达到最佳抗滑效果;并在推力分担、支挡后安全系数的计算基础上,提出了以两排桩的推力和、稳定系数和两排桩承担的推力差为目标,建立了用于双排抗滑桩的多目标优化,优选出了具有多种属性的双排抗滑桩的排距和推力分担。