公路滑坡治理工程抗滑桩设计

目前抗滑桩被广泛运用于滑坡治理工程,并且国内早已出台了《滑坡防治工程设计与施工技术规范》(DZT0219-2006)、《铁路路基支挡结构设计规范》(TB 10025-2006)来指导抗滑桩设计。但规范仅提出了抗滑桩设计的一般规定、抗滑桩设计、构造要求、抗滑桩施工要求等规定,并未给出具体的设计方法。本文基于江油市中雁公路K51+200滑坡治理工程,结合规范要求及抗滑桩设计经验,对规范进行了解读及总结出了抗滑桩简洁的设计步骤。并通过理正岩土计算软件,基于该项目分别计算了抗滑桩和桩板墙两种设计方法,并提出抗滑桩设计与桩板墙设计的区别。从而为类似的滑坡治理项目提出宝贵的设计参考意见。     

不同设防烈度RC框架结构的地震倒塌风险统计与分析

为开展基于一致倒塌风险的抗震设计方法研究,以不同设防烈度下6层RC框架结构模型设计结果为例,采用动力弹塑性时程分析和概率统计的方法对GB 50011《建筑抗震设计规范》约定罕遇地震以及50年超越概率2％地震作用下建筑倒塌概率进行分析,并对建筑倒塌概率的影响因素进行研究.结果表明:结构的最大弹塑性层间位移角服从正态分布;按层间位移角的累积概率进行风险评估,在规范约定罕遇地震下,6度和8度(0.30g)设防RC框架结构的抗倒塌性能有保证,7度(0.1g)、7度(0.15g)和8度设防时倒塌风险显著偏高;在50年超越概率2％地震下作用,8度(0.30g)和9度设防RC框架结构的抗倒塌性能基本有保证,6度、7度(0.1g)、7度(0.15g)和8度设防时倒塌风险显著偏高;结构倒塌风险与预期地震作用下层间位移角平均值具有明显的相关性,严格控制预期罕遇地震下的平均最大层间位移角是确保抗倒塌性能的重要手段;对于中低烈度设防的RC框架结构,规范GB 50011约定罕遇地震峰值加速度明显偏低、结构构件抗震等级低、轴压比限值高、框架柱截面小、结构初始刚度和屈服承载能力偏小等是地震倒塌风险偏高的主要原因.     

不同设防烈度RC框架结构的地震倒塌风险统计与分析

为开展基于一致倒塌风险的抗震设计方法研究,以不同设防烈度下6层RC框架结构模型设计结果为例,采用动力弹塑性时程分析和概率统计的方法对GB 50011《建筑抗震设计规范》约定罕遇地震以及50年超越概率2％地震作用下建筑倒塌概率进行分析,并对建筑倒塌概率的影响因素进行研究.结果表明:结构的最大弹塑性层间位移角服从正态分布;按层间位移角的累积概率进行风险评估,在规范约定罕遇地震下,6度和8度(0.30g)设防RC框架结构的抗倒塌性能有保证,7度(0.1g)、7度(0.15g)和8度设防时倒塌风险显著偏高;在50年超越概率2％地震下作用,8度(0.30g)和9度设防RC框架结构的抗倒塌性能基本有保证,6度、7度(0.1g)、7度(0.15g)和8度设防时倒塌风险显著偏高;结构倒塌风险与预期地震作用下层间位移角平均值具有明显的相关性,严格控制预期罕遇地震下的平均最大层间位移角是确保抗倒塌性能的重要手段;对于中低烈度设防的RC框架结构,规范GB 50011约定罕遇地震峰值加速度明显偏低、结构构件抗震等级低、轴压比限值高、框架柱截面小、结构初始刚度和屈服承载能力偏小等是地震倒塌风险偏高的主要原因.     

地震条件下抗滑桩桩前存在开挖的动力有限杆单元法研究

采用有限杆单元法理论、多质点有阻尼体系动力反应的振型叠加法理论、Rayleigh阻尼理论对地震作用下抗滑桩桩前存在开挖条件的振动时程进行了计算,分析了抗滑桩桩身弯矩以及桩顶位移。此外,进行了抗滑桩动力离心机模型试验,得到桩身弯矩以及桩顶位移,并与理论计算的结果进行了对比验证。揭示了抗滑桩在强震作用下桩前存在开挖时桩身弯矩的地震反应特征,可为地震作用下的抗滑桩设计提供依据。     

锚索抗滑桩地震响应的离心振动台模型试验研究

 锚索抗滑桩的抗震性能是建立和改进其抗震设计方法的基础。为深入理解其抗震性能,以汉源背后山堆积型滑坡锚索抗滑桩加固工程为参考原型,采用能实现原型仿真的50 g离心振动台模型试验,输入不同峰值的汶川地震清溪台基岩波作为基底激励,利用布设的不同类型传感器,记录锚索抗滑桩加固堆积型滑坡体的加速度、桩身弯矩、桩土间的动土压力和锚索轴力全过程的时程数据,揭示不同峰值的地震动作用时加固滑坡体加速度、抗滑桩弯矩、桩土间的动土压力和锚索轴力的定量化响应规律,为验证和发展锚索抗滑桩的抗震设计理论、数值模拟方法、厘清抗震加固机制及破坏模式提供翔实的资料。     

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。     

抗滑桩加固边坡三维稳定因素的敏感性分析

为给多级抗滑桩加固边坡的抗震设计提供参考,针对地震条件下桩加固边坡的安全系数及影响因素的敏感性开展研究。基于极限分析上限定理,结合拟静力法和强度折减法,计算地震条件下桩加固边坡的安全系数。通过正交分析法,求得边坡安全系数影响因素的敏感性由高到低的顺序依次为:黏聚力、内摩擦角、边坡倾角、水平地震力系数、桩的位置、桩的结构参数、边坡相对宽高比、戗台宽度。基于此,在实际施工时应主要考虑边坡倾角、地震、抗滑桩的影响,而平台相对宽高比、平台宽度应根据实际情况合理选择。     

考虑地震作用的边坡抗滑桩滑坡推力分布研究

在边坡抗滑抗震的抗滑桩设计中,为解决抗滑桩滑坡推力分布问题,文章探究了考虑地震作用的边坡抗滑桩滑坡推力分布。以某震后沿线边坡工程为例,以砂石作为滑体基础材料设计模型地质力模型,布设加速度及土压力响应传感器以及时捕捉震动情况,生成输入波形的时程曲线。当滑动的数值发生改变时,计算极限平衡状态获得滑坡推力值,进而实现边坡抗滑桩滑坡推力分布研究。抗滑桩背地层推力分布特征测试结果表明,抗滑桩对桩背岩土体的挤压作用位于距离桩顶10m以下;桩位变化对抗滑桩加固下滑推力分布测试结果表明,在抗滑桩和桩基之间的距离为5m时会产生较大变形量和水平位移。     

抗滑桩加固边坡地震响应离心模型试验

为研究抗滑桩加固边坡的地震响应和桩土相互作用规律,利用土工离心机及专用振动台进行了砂土边坡的动力离心模型试验。在50g离心加速度条件下,输入El Centro地震波,记录了边坡不同位置的加速度时程并作频谱分析,采集了桩前动土压力和抗滑桩应变等。结果表明:边坡的地震动力响应自下而上逐渐放大;抗滑桩对周围土体响应有一定阻滞作用;桩前动土压力随着地震输入而迅速增大至峰值,此后保持稳定直至地震结束;抗滑桩各截面弯矩的变化规律与动土压力类似,弯矩最大值出现在抗滑桩下部。     

液化场地-群桩基础-结构体系动力响应分析—大型振动台模型试验研究

进行了液化场地-结构体系动力相互作用大型振动台试验,对土体和桩基的加速度反应、饱和砂土层的孔压反应等进行了测试。重点阐述了土体和群桩基础的加速度地震响应特征和饱和土体的孔压发展规律,并对土体侧向变形规律进行了分析。试验研究结果表明：0.05g拍波输入时,土体和桩基对加速度反应有着明显放大作用,土体各处孔压比增长幅度不大,土体侧向位移较小;0.3g汶川地震卧龙台地震记录输入时,桩基加速度反应规律与土体反应基本一致,土体孔压比增长明显,上部土体完全液化;土体水平侧向变形较大。本文成果可为液化场地-群桩基础动力相互作用研究做对比分析和验证数值模拟工作提供参考。     

倾斜液化场地桩基地震响应离心机试验研究

 倾斜液化场地中群桩地震响应受液化土层侧向流动和桩土相互作用影响和控制,故倾斜液化场地中桩基抗震性能问题是一个极其复杂问题。基于动态土工离心机试验来探讨考虑倾斜液化土侧向流动特点的群桩地震响应规律。试验设计不同地震强度下2个50 g典型土工离心模型试验,以研究倾斜液化场地中桩土加速度、位移、桩身弯矩和土体超孔隙水压力响应特性。试验提出倾斜饱和土层的制备方法,再现倾斜液化场地中桩基础在强震作用下的破坏程度、状态和机制,并进一步对比分析试验结果,取得较好的成果,此为倾斜液化场地桩基础的抗震设计提供可靠依据,对确保液化场地桩基础的抗震稳定性和安全性具有重要意义。     

大间距桩筏基础地震响应离心模型试验研究

针对饱和软土地基中大间距摩擦型桩筏基础抗震问题,采用离心振动台开展了桩筏基础地震响应的试验研究。为模拟实际软土场地浅部超固结黏土和深部正常固结黏土的地层特征,试验在高岭土土样表面预铺砂层,然后在50g离心加速度下进行固结。上部结构简化为质点和杆构件,基础形式包括桩头刚接和桩头自由2种类型的大间距桩筏基础模型。试验分析了模型的加速度和位移、土层内部孔隙水压力以及桩身应变等响应。试验结果表明:在软土场地自振频率范围内,结构–基础–地基三者相互作用十分明显,基础与结构加速度放大系数高于其它频率范围;桩头刚接与桩头自由的基础在地震时均产生了较周围地表土体更大的竖向沉降,但震后较长时间内基础与地表沉降速率基本一致;地震结束时,桩头刚接的上部结构侧向位移与基础倾斜值均较桩头自由时减少一半以上,但上部结构加速度放大作用更加明显;桩筏基础承载能力因土体软化行为有所降低,震后部分上部荷载由群桩转移到筏板,但桩筏荷载分担比例总体变化不大。试验揭示了软土震陷时桩基的变形控制机理,为软土地基减沉桩基础的抗震设计提供参考。     

非液化土-群桩基础-结构体系相互作用动力响应振动台试验研究

为深入研究非液化场地中桩-结构体系地震响应和土-结构动力相互作用问题,进行了含有一定深度的松砂层非液化场地土-结构体系动力相互作用大型振动台试验,分析非液化场地和群桩基础的加速度地震响应特征,并对土体侧向变形规律以及桩基弯矩分布进行了分析。结果表明：当输入0.05g拍波时,土体与桩基对加速度反应表现出放大作用,且距离结构较远处土体对加速度放大作用更加明显;当输入0.3g汶川地震卧龙台地震记录时,加速度只在远离桩基的土体中加速度反应有一定放大;桩身最大弯矩均超过60N·m,并且桩基弯矩幅值呈现出桩顶弯矩小(靠近桩顶处)、下部弯矩大(靠近桩端处)的规律,且在土层交界面附近弯矩存在突变;上部结构加速度反应自上而下有一定程度的减小,地震动Arias强度值减小明显,刚性场地上的结构地震动Arias强度是位于土体上结构的3~4倍,说明土体的耗能作用明显。     

水平地基液化后大变形对桩基础的影响

通过对震害调查结果的分析,表明（１）震动液化能够引起水平地基产生较大的侧向变形;（２）可液化水平地基中桩的水平位移的大小和方向,主要受已液化土层侧向变形的大小和方向控制;（３）可液化水平地基的侧向变形,可分为液化前较小的震动变形。液化后震动引起的大中变形以及地震后的永久侧向变形三种情形。可液化水平地基中桩基础的设计,应该考虑这三种不同工作状态下的抗震要求;（４）上部结构－桩－地基的相互作用和响应会因上述三种情况而异,有必要发展新的能够考虑可液化地基侧向变形影响的动力分析方法。     

成层软土地区高层建筑PHC管桩抗震性能研究#br#

以天津成层软土地质条件下采用桩筏基础的高层建筑为背景,利用有限元方法建立上部结构-桩-土相互作用模型,对PHC管桩在地震荷载下的内力进行研究。研究表明,桩筏基础在地震荷载作用下,角桩将产生较大的内力,减少承台对管桩转动自由度的约束可有效改善其抗震性能。有地下室的结构在地震荷载下的桩顶内力将小于无地下室的结构,但其影响范围在桩顶以下10倍桩径范围内,此外,桩顶周围软弱土层的存在也会对桩顶内力产生较大影响,因此在进行设计时,应充分考虑地下室和桩顶周围软弱土层的综合作用,仅考虑地下室的影响可能会使管桩在地震荷载下处于不利的受力状态,改良桩顶周围土体的性质可明显降低地震荷载作用下的管桩顶部内力。     

黄土地区震陷时桩土相互作用探析

地震灾害是自然灾害中较为严重的一种,尤其是对广大的黄土地区。笔者通过ANSYS软件对黄土地区地震时的桩—土相互作用和黄土地区震陷时的桩—土相互作用分别进行了研究,对两者进行比较后得出以下结论:在考虑了震陷时桩的应力和变形有所增大,桩间土体、桩下土体和桩周土体的应力都相应的增大。     

考虑冲刷深度变化的桩基小型振动台试验研究

岷江3号桥遭遇2008年“5.12”8级强烈地震,又面临令人震撼的严重冲刷。为了弄清楚该桥实际工况,按照实际桥梁墩桩的1:20模型,采用小型振动台试验的方法,分析在不同冲刷深度、不同地震波作用下桥梁墩桩的抗震性能。试验结果表明:模型桩基冲刷深度在15 cm(相当于桩长1/8)左右时,桩顶弯矩、轴力达到最大值;随着冲刷深度的加大桩身弯矩也随之增大,桩身最大弯矩位置(即最不利位置)随之下移,墩顶弯矩不变而墩底弯矩逐渐减小。岷江3号桥存在继续加剧冲刷的趋势,桩基承载力将继续下降,抗震性能将逐渐降低,需要进行墩桩加固。研究可为强震区受严重冲刷桥梁的抗震设计与加固提供参考依据,对类似工程有较强的借鉴意义。     

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。