抗滑桩加固黏性土坡变形规律的离心模型试验研究

采用土工离心机及专用振动台,进行了静动力加载条件下抗滑桩加固黏性土坡的离心模型试验。测量了试验过程中边坡的位移场和加速度响应的变化过程以及抗滑桩的位移和应变分布。试验结果表明地震过程中土坡的加速度响应自下而上逐渐增大,震后残余变形的水平分量最值相比震前向坡上部移动。静动力加载过程中,抗滑桩内侧土体存在一个面,其内外两侧的土体位移表现出不同的水平位移变化规律,从而可以将抗滑桩加固土坡划分成4个分别具有不同变形特性的区域;同一高程处桩的水平位移大于内侧土体而小于外侧土体;抗滑桩与土发生较复杂的相互作用,并使得土坡的变形趋于均匀。     

土钉加固边坡的离心模型试验与分析

通过土工离心模型试验,研究了土钉加固边坡的变形情况、土钉加固土坡的作用机理及土钉的应用分布规律,最后还对试验的不足进行了分析。     

地震作用下土钉支护边坡动力分析

应用动力弹塑性有限元方法,研究了双向地震激励下土钉支护边坡动力响应。考虑土体与支护结构相互作用及其协同工作建立三维有限元模型。给出了地震波和阻尼的选取方法。应用了非线性静动力性能的弹塑性模型模拟土体;采用了可以描述土钉在进入塑性阶段强化性质的双线形弹塑性模型模拟土钉;土与结构的相互作用由接触单元模拟。研究内容包括边坡竖向地震响应、水平地震响应,土钉的地震响应,土压力地震响应。结果表明土钉支护边坡延性大,有很好的抗震性能;地震作用后各层土钉轴力都增大;边坡在地震作用下产生永久位移;地震作用下土压力峰值形状与地震作用前的土压力形状相似。这些结论对土钉支护边坡的抗震设计与动力分析有较高的参考价值。     

降水条件下抗滑桩-锚杆加固边坡的离心模型试验研究

锚杆抗滑桩是一种加固边坡的有效结构。本文进行了水位下降条件下素土坡与锚杆抗滑桩组合结构加固土坡的离心模型试验，测量了边坡的位移场变化，分析了锚杆抗滑桩的行为以及土体的变形特性。试验结果表明，锚杆抗滑桩加固导致边坡位移显著减小、改变了滑裂面连续性，并使得坡体破坏表现出显著渐进性。水位下降条件下锚杆抗滑桩加固土坡的破坏过程与变形局部化表现出显著的耦合特性。锚杆抗滑桩结构使得边坡变形均匀化，阻挡了桩侧土体滑动，从而延迟了边坡破坏。     

黄土丘陵区边坡动力响应及震陷变形分析方法

黄土丘陵区易发生震陷型边坡失稳。通过动力离心模型试验和有限差分非线性动力分析方法研究地震时黄土边坡的动力响应及变形机制,探究了地震作用下概化黄土边坡的加速度及位移响应,提出了基于动单剪试验条件下黄土震陷系数经验公式及黄土场地震陷量估算方法,并应用于黄土边坡震陷变形计算。结果表明：黄土边坡对地震荷载具有放大效应,加速度放大系数沿高程呈非线性增大,且坡面动力放大效应大于坡体内部;边坡的震陷量与土层厚度关系密切,土层震陷系数随高程呈对数式增加;地震作用下黄土边坡的破坏形式是水平滑移变形与竖向震陷变形双向耦合的结果,震陷变形表现显著,边坡向临空面滑动,坡顶张拉裂隙和坡面错位裂隙大量发育,震陷沉降不均导致坡面形成错位阶梯。     

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。     

上海深坑酒店基于变形控制的高陡边坡加固设计研究

结合上海深坑酒店建设项目边坡加固工程,探讨基于变形控制的边坡加固设计方法,通过引入三维动力有限单元法分析加固前后边坡变形特性及稳定性,验证加固方案的可行性.研究表明,采用预应力锚索+锚杆的加固方案能达到稳定性控制与变形控制的加固目的 ,加固后边坡位移明显降低,稳定性安全系数明显提高,满足抗震稳定性及变形控制要求.地震作用下,边坡加速度响应随边坡高度逐渐放大,土层的放大效应较岩层更为明显;岩层软弱结构面处边坡加速度响应放大较为明显.     

土钉支护边坡动力性能参数分析

为研究土钉支护参数对土钉支护边坡抗震性能的影响,通过设计并完成振动台模型试验,研究了在不同支护参数(如土钉倾角、土钉长度、土钉间距等)下边坡的动力反应特征。试验结果表明:土钉支护边坡有较好的抗震性能;试验过程中,土钉支护边坡坡面的最大变形主要发生在边坡坡腹处,坡顶与坡趾的变形相对较小;增大土钉倾角会增大边坡的侧向位移,增加土钉长度以及减小土钉间距则会减小边坡侧向位移;土钉支护最大作用带基本位于土钉支护区的中前部,呈折线形,与滑裂面位置并不相同。     

不同地震强度下新型装配式锚索框架梁加固边坡抗震性能分析

装配式预应力锚索框架梁作为一种新型边坡加固方式,其抗震性能目前仍缺乏研究。针对采用“十字梁”与“一字梁”组合加固边坡,以实际工程为背景,建立了非线性动力时程分析数值模型。将El Centro波作为地震动输入,通过调幅分析了不同地震强度的影响规律。研究结果表明,装配式框架梁加固后边坡的滑坡体与基岩水平位移差明显降低,峰值加速度对滑坡体内测点水平位移的影响主要体现在残余变形阶段,边坡的震后永久位移随峰值加速度的增加而增加,且增速逐步加快;在不同峰值加速度下,边坡加速度的响应均出现一定的滞后作用,当峰值加速度较大时,边坡的加速度响应长期处于剧烈波动状态,加固后加速度放大系数最高可达8.0;地震时预制一字梁的梁底应力最大值明显大于预制十字梁,当峰值加速度为0.4g时,一字梁梁底有拉裂风险。     

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。     

加筋土坡动态稳定性拟静力分析

 加筋土工结构被广泛采用的原因不仅是其具有良好的静力性能,且也在于出色的动力稳定性能,现有研究较少考虑竖向地震效应对加筋土坡动态稳定性的影响。基于塑性极限分析上限理论,假定不同的破坏面,同时考虑水平和竖向地震影响并结合不同加筋模式,采用拟静力分析方法推导一定加筋强度条件下的边坡临界高度和一定边坡高度条件下的临界加筋强度计算公式,并对所导公式采用序列二次规划法进行了优化计算,数值计算与分析表明：简单静态和动态条件下,该结果与现有研究成果有较好的一致性,可以证明该方法的正确性;水平和竖向地震、岩土材料强度特性、边坡倾斜度均对加筋土坡的动态稳定性有重要影响,特别当边坡较陡,岩土填筑材料质量较差和地震影响强度较大时,忽视竖向地震影响将会导致设计偏于不安全;最后针对工程实际,提出相应的工程建议。     

Centrifuge modeling of geotextile-reinforced cohesive slopes

Geosynthetics are widely used to reinforce slopes due to their successful performance and economical efficiency. A series of centrifuge model tests was conducted in order to investigate the behavior of the geotextile-reinforced cohesive slopes and to compare their behavior to unreinforced slopes. The displacement history of the slopes was measured using an image analysis system. The failure process of an unreinforced slope can be categorized into three stages: (1) uniform deformation stage; (2) strain localization stage; and (3) post-failure stage. The geotextile has a significant effect on the deformation of the slope and increases the stability level while affecting the failure modes. On a reinforced slope, two surfaces can result from the distribution of the displacement difference between the unreinforced and the corresponding reinforced slopes; thus, the slope can be categorized into three zones. The front zone is characterized as a restricted region that is subjected to a backward tension via the geotextile while the middle zone is mainly subjected to a forward tension (like a support body). The back zone is unaffected by the geotextile. The reinforcement can take effect when its length is longer than the effective reinforcement length. The effective reinforcement length usually increases with increasing elevation and is significantly affected by the inclination of the slope.     

Centrifuge modeling of the geotextile reinforced slope subject to drawdown

Geotextile is an effective reinforcement approach of slopes that experiences various loads such as drawdown. The geotextile reinforcement mechanism is essential to effectively evaluate the safety of geotextile-reinforced slopes under drawdown conditions. A series of drawdown centrifuge model tests were performed to investigate the deformation and failure behaviors of slopes reinforced with different geotextile layouts. The deformation and failure of unreinforced and reinforced slopes were compared and the geotextile reinforcement was indicated to significantly increase the safety limit and the ductility, reduce the displacement, and change the failure feature of slopes under drawdown conditions. The slopes exhibited remarkable progressive failure, downward from the slope top, under drawdown conditions. The progressive failure was induced by coupling of deformation localization and local failure based on full-field measurements of displacement of slopes subjected to drawdown. The geotextile reinforced the slope by decreasing and uniformizing the slope deformation by the soil-geotextile interaction. Through geotextile displacement analysis, the geotextile-reinforced slope was divided into the anchoring zone and the restricting zone by a boundary that was independent of the decrease of water level. The geotextile restrained the soil in the anchoring zone and the soil restrained the geotextile in the restricting zone. The reinforcement effect was distinct only when the geotextile was long enough to cross the slip surface of the unreinforced slope under drawdown conditions.     

Failure behavior and mechanism of slopes reinforced using soil nail wall under various loading conditions

Soil–nailing technology is widely applied in practice for reinforcing slopes. A series of centrifuge model tests was conducted on slopes reinforced with a soil nail wall under three types of loading conditions. The behavior and mechanism of failure process of the reinforced slopes were studied using image-based observation and displacement measurements for the slope, nails, and cement layer. The nailing significantly increased the stability level and restricted the tension cracks of the slopes. Increasing the nail length improved the stability of the reinforced slopes with deeper slip surfaces. The reinforced slope exhibited a significant failure process, in which slope slippage failure and cement layer fracture occurred in conjunction with a coupling effect. The deformation localization was induced by the loading within the slope and ultimately developed into a slip surface. The nailing reinforced the slope by significantly delaying the occurrence of the deformation localization within the slope. The failure of nails was recognized as a combination of pull-out failure and bend deformation. The loading conditions were shown to have a significant effect on slope deformation and nail deflection, and they consequently influenced the failure behavior and its formation sequence.     

深基坑复合土钉支护模型试验研究

复合土钉支护是在土钉支护基础上发展起来的、用于深基坑支护或提高边坡稳定性的一种新技术，为深入了解其工作性能和作用原理，促进该项技术快速发展，进行了室内模型试验研究。深基坑模型按照“相似模型的几何长度与变形时间成反比”的相似法则设计，相似比为1：10。在试验中，模拟深基坑开挖与支护的实际步骤，分步开挖与支护。进行了3组模型试验，即复合土钉支护、普通土钉支护和无支护边坡，以便于分析比较。借助位移传感器测量深基坑地表沉降、基底隆起和坡面水平位移，通过布设在模型箱透明玻璃侧面内的观测点，测量边坡内土体的位移。试验结果表明：(1)由于土钉与水泥土搅拌桩的共同作用，复合土钉支护的基坑变形与普通土钉支护和无支护的基坑相比，具有不同的分布形态，并且复合土钉支护的基坑变形值最小，无支护基坑变形值最大；(2)由于土钉与水泥土搅拌桩的协同工作，使得更多的土体参与支护作用，从而分散了土体内部的应力，有效地控制了基坑变形，提高了基坑的稳定性。     

模拟库水位变化的抗滑桩加固边坡离心模型试验研究

 抗滑桩是边坡深层抗滑最为有效的措施之一,以三峡库区边坡抗滑桩加固工程为背景,利用离心模型试验手段,模拟库区蓄水和水位循环变化条件下失稳边坡的抗滑桩加固机制。详细介绍相应的离心模型试验方法,通过对一系列自然边坡和不同桩间距条件下的模型试验,获得库水位变化影响下的边坡变形、破坏模式和抗滑桩受力,探讨滑坡推力的分布以及不同桩间距条件下的抗滑桩–边坡相互作用机制。测试结果表明,受抗滑桩加固的边坡在水位升降作用下仍发生一定程度的变形并产生裂缝,随着抗滑桩的直接支挡和桩后土体由于不均匀位移产生土拱效应后,边坡变形逐渐得到较好的控制。在本试验条件下,随着桩间距的增大,边坡变形总体上表现为增大趋势,但抗滑桩的受力呈现出先增大后减小的抛物线型变化形态,在某一最适桩间距情况下抗滑桩的抗滑性能得到了最充分的发挥,而滑坡推力表现出复合三角形分布特征。该研究结果为桩土相互作用和库区边坡抗滑桩加固机制分析提供了直接的试验依据,对丰富抗滑桩设计理论和库区边坡的防灾减灾研究具有较为重要的意义。     

汶川地震中道路边坡工程震害分析

 发生在山区的地震对边坡工程所造成的危害,在致灾机制和破坏形式方面具有鲜明的特征。结合汶川地震灾区道路边坡工程震害实例,分析路堑、路堤以及与桥隧相连的各类边坡及相应支挡结构的震害机制和破坏形式。锚索(杆)地梁或预应力锚索抗滑桩加固的边坡具有较好的抗震性能,其原因是这些结构已与坡体联接在一起而形成一个整体,在地震波作用下结构与坡体的位移和变形能够很好地协调一致。铺设土工格栅或施加加筋材料的路堤边坡工程具有较好的抗震性能,一般填筑路堤特别是高路堤,其抗震性能较差。根据沙土液化和软弱黏性土层震陷造成的震害实例,提出含水沙质地层路堤边坡应注意坡脚沙土液化造成的震害,应采取措施防止软弱黏性土层地基震陷造成路面破坏以及坡脚震陷造成的边坡失稳。山区隧道洞口边、仰坡的抗震设计应重视支挡结构的耐震性。建于坡体上的桥台、桥基和桥路过渡段的安全性与坡体稳定性直接相关,应切实加强这些结构所在边坡的抗震设计。对于依山傍水而建的顺河桥,相关边坡的失稳危害桥梁时,应对其采取抗震措施。目前公路、铁路工程抗震规范涉及边坡工程及支挡结构的内容极少,研究成果可为规范的修改和补充提供有益的参考。