微型桩破坏机理的数值模拟

强度折减法与具有拉和剪破坏分析功能的有限差分程序FLAC^3D相结合,对同一排内均匀布置的桩心配筋微型桩进行数值分析。岩土体、桩体均采用实体单元,模型采用摩尔-库仑理想弹塑性本构模型,依据微型桩的受力特点考虑了桩体进入塑性状态,得到了单排微型桩和具有纵向连系梁的三排微型桩的应力、应变分布规律和破坏机理。计算表明,单排桩的破坏主要为滑带处的剪切破坏,三排桩为滑带处的拉剪破坏,桩体所承受的最大弯矩和剪力均位于滑带处,混凝土主要起抗剪作用,钢筋提供抗拉和抗剪能力。     

不同工况下三排桩基坑支护特性分析

三排桩具有更大的抗侧移刚度、更大的抗倾覆性能,但不同的布置方式对其变形与内力影响较大。文章基于有限元方法,设计了三排桩的四种不同工况进行对比计算,计算表明三排桩长度相等、累计长度最大时的土体变形、桩体变形、桩体弯矩最大值均为最大、安全系数最小,而三排桩呈阶梯状分布、累计长度最小时的土体变形、桩体变形、桩体弯矩最大值均为最小、安全系数最大。可见阶梯状分布的三排桩构型是最合理的布置方式。     

考虑桩土相互作用的微型桩支护体系设计

在考虑桩土相互作用的情况下,按照传递系数法计算出滑坡推力,利用假定的计算模型,计算出微型桩支护体系所受到的内力,采用等效法对微型桩体系进行验算。对陕南勉县赖家寨滑坡治理工程进行微型桩设计,计算结果表明最大位移出现在桩顶处,最大剪力和最大弯矩出现在滑动面处。桩身变位随桩身长度的增大而逐渐变小;剪力随桩身的增大会逐渐减小,在桩身处发生突变增大,而后逐渐减小至0;弯矩随桩长的增大而增大,在滑动面处达到极值,然后逐渐降为0。     

黄土滑坡微型桩破坏模式研究

通过大型物理模拟试验和有限差分(FLAC3D)模拟,研究了黄土滑坡微型桩群桩破坏模式。现场试验及数值模拟结果表明,微型桩易发生破坏的区域为滑面上下各4倍桩径范围内,且其破坏形式以弯剪破坏为主;微型桩上滑坡推力的分布形式近似为三角形,推力在滑面处达到最大值;滑坡推力沿荷载传递方向依次递减;微型桩群桩的弯矩分布形式有别于传统抗滑桩,弯矩最大值出现在滑面附近。其成果为微型桩的研究与应用提供了理论基础。     

山区斜坡中微型桩及油气管道变形机制模型试验研究

为探究不同形式微型桩加固下的滑坡–管道系统相互作用机制和破坏演变过程,以西南山区天然气管道滑坡抢险工程为背景,开展注浆常规桩和注浆花管桩防护边坡的大型室内模型试验。以应变、土压力传感器和百分表对滑坡系统内结构物的相应指标进行监测,通过对桩体弯矩、土压力和桩顶位移数据进行分析。研究结果显示,在滑坡体系中,由桩、滑体和管道组成的系统在滑坡发育中的变化具有协调一致性,变形可分为4个阶段：初始阶段、均匀变形阶段、快速变形阶段和破坏阶段。微型桩主要以发生在滑带附近的弯剪破坏为主,在滑带附近,桩前土压力达到最大值,花管桩以滑带为轴具有旋转趋势,导致桩底产生较大的土压力。弯矩大小整体上呈现出“S”形曲线分布,并且由于桩顶承台的联系作用,桩体上部产生较大弯矩。花管桩一侧由注浆形成的桩土复合结构能更好地抵抗滑坡推力,桩体达到极限强度并破坏之后,复合结构仍然能起到一定的抗滑作用。通过多元融合数据分析,观察到管道变形发生时间较晚,为抢险工作提供了时间窗口。管道主要表现为受弯破坏和挤压破坏,接口位置为管道防护的薄弱点。微型桩在山区油气管道防护中具有重要的应用潜力,进一步的研究和改进对微型桩在滑坡治理中的应用具...     

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。     

微型桩群桩支护滑坡的地震动力响应研究

依托大型振动台进行微型桩群桩支护滑坡和无桩滑坡2组物理模型试验。采用El Centro波、汶川波、Kobe波以及不同频率的正弦波作为输入地震波,通过监测滑坡不同位置的加速度、桩身前后土压力及桩身应变等,分析地震作用下2组滑坡的加速度响应规律、桩身前后土压力分布特征、桩身受力情况及破坏模式等。试验结果表明:微型桩群桩支护结构可有效提高滑坡的抗震性,对传播至滑坡体的地震波有一定阻滞作用,尤其是坡脚附近,但随着高程的增大,这种阻滞作用趋于减弱。地震引发的桩后滑坡推力和桩后滑床抗力呈上小下大的"正三角形"分布,桩前滑体抗力和桩前滑床抗力呈上大下小的"倒三角形"分布。地震作用时桩体弯矩峰值呈"M"型分布,其最大弯矩点位于滑面上1.4倍桩径处和滑面下6.6倍桩径处,随着加载量级的增大,滑面上部最大弯矩点上移至3.7倍桩径处。地震激励后微型桩的损伤特征和破坏模式与静力情况类似,呈反"S"型分布,破坏区域主要集中在滑面上1.4~4.0倍桩径范围内以及滑面下1.4~3.4倍桩径范围内。     

微型桩群加固堆积层滑坡原位试验研究

 对微型桩群加固堆积层滑坡的加固效果和受力特性进行原位试验。监测结果表明,工点滑坡运动形态较为复杂,初测阶段以浅层滑动为主,随后产生深层滑动,最后逐渐趋于稳定;微型桩群可较好限制加固范围内坡体的位移,保障线路的正常运营。滑坡推力作用下,不同排微型桩之间的荷载分担关系具有较大的差异,当滑体产生较大位移时,前排微型桩受到较大的外荷载,后排微型桩次之,中排微型桩受到外荷载较小;当滑体趋于稳定后,各排微型桩的荷载分担关系趋于一致。此外,测试值与理论值对比分析结果表明,弹塑性荷载–位移曲线分析方法可以较好地反映出滑坡推力作用下微型桩群的横向受力特性;固定约束使微型桩顶部产生较大的应力集中,从而使地面以下2 m深度范围内微型桩桩身产生较大弯矩,建议实际工程中将微型桩与刚性顶梁之间设为铰接。     

横穿古滑坡框架式抗滑支挡结构工程技术研究

横穿古滑坡建造挖方工程极易导致古滑坡复活,增加工程风险。为满足铁路路堑横穿巨型古滑坡的稳定控制技术要求,以框架式抗滑支挡结构为研究对象,在若干计算假定的基础上,推导框架式抗滑支挡结内力计算方法。结合林织铁路横穿巨型古滑坡的挖方工程建设,开展理论计算、数值模拟、现场测试及施工工法研究,揭示框架式抗滑支挡结构内力和位移响应特征,形成结构设计方法与施工技术。结果表明:(1)理论计算得到的框架式抗滑支挡结构内力与数值模拟及现场实测结果相差不大,弯矩和剪力极值主要位于桩梁连接处,属于结构局部加强设计的关键节点。(2)框架式抗滑支挡结构应用于双线铁路时,前桩、后桩及横梁宜重点加强抗剪设计,次梁应加强抗弯设计;前桩、后桩及横梁内力受列车时速影响较小,次梁内力随运营时速增加略有增大。(3)横梁、次梁对前桩、后桩起到变形协调作用,滑坡推力加载后前桩、后桩桩顶最大侧向位移不大于6.0 mm;在九度及以下地震区(a_(peak)=0.05 g～0.4 g),框架式抗滑支挡结构具有良好的抗震性能。(4)在古滑坡中建造框架式抗滑支挡结构,其施工工序宜"从前到后、从上到下、桩身桩间交替",施工工艺宜"前桩、后桩分序施工,局部掏槽预留横梁、次梁与桩的连接钢筋,整体浇筑后桩与横梁"。研究成果可向以川藏铁路为代表的复杂艰险山区铁路路基建造及地质灾害防治提供技术参考。     

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。     

波浪和地震作用下高桩承台-土-结构动力响应

利用有限元软件ANSYS模拟高桩承台-土-上部结构在波浪和地震共同作用下的内力和变形,采用Morison方程计算波浪力,并对结构水平方向输入E1-Centro波进行模拟,根据时程曲线分别选取初始状态和正负加速度最大状态对结构进行研究,研究了桩基础在波浪和地震共同作用下的位移、弯矩、剪力以及轴力的变化,并与地震单独作用下...     

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。     

A simplified approach for stability analysis of slopes reinforced with one row of embedded stabilizing piles

Embedded stabilizing piles are new anti-slide structures that are unlike traditional stabilizing piles. The pile heads are embedded at a certain depth below the surface of a slope. The piles do not need to support the thrust of the entire upslope sliding mass, and it is, therefore, possible to reduce the sliding thrust on the piles. The embedded depth of the pile heads is an important parameter to maximize the anti-sliding function. Based on an analysis of the stability mechanism of a reinforced landslide with one row of embedded stabilizing piles, a calculation method for the embedded depth of a pile head using limit equilibrium theory is proposed. The related calculation formula is derived in detail using the transfer coefficient method. The proposed method features a close correlation between the embedded depth of a pile head and the design factor of safety of a slope to be reinforced. Additionally, the method can quantitatively demonstrate the relationship that the factor of safety of the slope for the failure mode of the surpassing pile head decreases as the embedded depth of the pile head increases. For a given factor of safety, the range of the maximum bending moment, the maximum shear force on a pile and the lateral displacement at the pile head also can be approximately predicted. Several calculation examples that are closely related to practical engineering applications are examined to show the convenience and rationality of the proposed method. In addition, the theoretical analysis is compared with the results of the numerical simulation of an actual accumulation landslide control engineering project. The results further demonstrate that the proposed theoretical analysis method is reasonable and applicable.     

集约式微型桩群水平承载性能试验研究

 对矩形布置的集约式微型桩群支护体系采用分级加载的方法,进行水平荷载原型试验及数值计算,研究滑坡推力作用下集约式微型桩群抗滑作用机制,并分析桩间土体参数、桩身强度、桩排间距等设计参数变化对桩群水平承载性能影响的敏感程度。结果表明,在滑体介质为粉质黏土的地层中,当滑坡推力超过某一定值时前排桩才会发挥支挡作用,桩群前方土压力峰值的位置深于桩群内部,微型桩群与土体水平荷载分担比约为7：3;控制最佳排间距,相比优化其他设计参数对提高集约式微型桩群水平承载力、减小桩顶位移效果明显。试验成果为深入分析集约式微型桩群的抗滑机制和优化工程设计提供了参考。     

框架微型桩结构抗滑特性的模型试验研究

 基于模型试验结果,对框架微型桩结构的抗滑特性进行研究。研究结果表明,滑坡推力作用下,框架微型桩结构中微型桩顶水平位移与荷载之间为双曲函数关系,且框架梁在荷载作用下发生倾斜,后排微型桩产生较为明显的被拔出趋势。对土压力以及桩身弯矩的监测结果表明,均布荷载作用下,作用在框架微型桩结构上的滑坡推力的分布近似为梯形,滑面及桩顶部土压力较大,桩底部土压力较小,后排微型桩受到的滑坡推力比前排桩大,推力最大值之比约为1∶0.6,滑面以下桩后土抗力的分布近似为倒三角形。将微型桩布置更为密集的微型桩框架结构具有更大的极限抗力;但是,在相同位移容许值的条件下,试验中2种结构的抗滑承载力差别不大。框架梁可以有效限制微型桩顶位移并减小桩身弯矩,但也会在微型桩顶部产生较大的弯矩,故实际工程中可以采取增大截面尺寸、增大框架梁埋深或增设套管等措施提高微型桩截面的抗弯刚度,从而提高框架微型桩结构的整体抗滑性能。     

锚固深度对双排抗滑桩力学性能影响

针对红岩滑坡双排抗滑桩施工过程中前、后排抗滑桩锚固深度的选取问题,基于FLAC3D程序,建立简化的双排抗滑桩数值计算模型,考虑桩、土相互作用,通过在滑坡体边界施加位移的方法模拟作用在抗滑桩上的水平推力,对前排和后排抗滑桩锚固深度变化时双排抗滑桩侧向位移、弯矩、剪力和抗滑力的变化规律进行研究,研究发现,前排或后排抗滑桩锚固深度的变化对双排抗滑桩的侧向位移、弯矩、剪力和抗滑力有显著影响,且该影响与所施加的边界位移有关。     

海上四桩导管架基础水平受荷离心模型试验

导管架基础广泛应用于海上风力发电和油气开发,水平向风、浪、流、地震等作用是导管架基础发生失效破坏的主要原因。通过离心模型试验针对饱和砂土地基中四桩导管架基础,研究其在沿边长方向和沿对角线方向水平静力作用下各基桩的内力分配、桩周土反力差异和变形特性。导管架基础沿对角线加载时基桩最易被拔出,其下压基桩的桩顶剪力、桩顶负弯矩和桩身最大正弯矩均较上拔基桩大,但二者的桩身水平位移相差不大。对于本文桩间距为5.8倍桩径的导管架基础,由于群桩效应及桩身上拔力降低了桩周土有效应力,沿边长加载时上拔桩在泥面下2.5倍桩径深度范围内的桩周土反力约为下压桩的60%,而沿对角线加载时上拔桩在该深度范围内的桩周土反力仅为下压桩的40%。沿对角线加载时下压桩与上拔桩在桩顶剪力、桩顶最大负弯矩、桩顶轴力及桩身最大正弯矩等参数之间的差别也明显大于沿边长加载情况。与单桩水平加载离心模型试验结果对比发现,同一深度处单桩的桩周土反力介于导管架基础上拔桩与下压桩的桩周土反力之间。     

双排桩-承台-挡墙组合结构设计计算方法

双排桩-承台-挡墙作为一种新型组合支挡结构,在实际工程中已有应用,但尚未建立较为成熟的设计计算方法。鉴于此,在理论分析的基础上,提出了同时考虑地基抗力和桩-承台协调作用的设计计算方法,推导了桩基和承台的挠度、转角、剪力、弯矩计算公式。并针对具体工程实例,采用了理论计算与数值模拟两种方法,对计算结果进行了对比分析,验证了该理论计算方法的可靠性。结果表明:承台最不利位置出现在侧截面跨中位置;前桩为主要承担滑坡推力的结构;桩基弯矩最大值出现在锚固界面以下约0.2倍锚固长度处,剪力最大值出现在锚固界面附近。