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。     

滑坡微型桩群桩加固工程模型试验研究

以黄土为滑坡介质,采用土压力盒和位移计等测试手段,完成一系列微型桩与滑坡体相互作用的模型试验,研究微型桩加固滑坡体的承载机理、受力情况及破坏模式。试验结果表明:微型桩所受的滑坡推力呈上小下大的三角形分布,且随加载量的增加合力作用点逐渐向滑面靠近;桩后滑床抗力相对较小,主要分布于桩底附近;桩前滑体抗力和桩前滑床抗力均呈上大下小的三角形分布,分别分布于滑面上30cm以上的范围和滑面下0～35cm的范围;滑面上33cm至滑面下27cm范围内的桩身弯矩较大,最大弯矩位于滑面下7cm处;不同配筋形式微型桩的破坏模式不同,桩周配筋的微型桩于滑面处产生弯剪破坏,桩心配筋的微型桩于滑面上下各1.2～1.8m的范围内发生弯折破坏;微型桩附近的滑坡体中产生拉张裂缝和剪切裂缝;微型桩可有效提高滑坡的稳定系数,采用桩周配筋和桩心配筋两种微型桩加固稳定系数为1.10的滑坡后,可分别将滑坡的稳定系数提高至1.58和1.46;桩周配筋微型桩治理滑坡的效果要优于桩心配筋的微型桩。研究结果可为微型桩的设计提供一定的科学依据。     

滑坡加固系统中沉埋桩的有限元极限分析研究

采用有限元强度折减法，针对一边坡工程实例进行沉埋桩单桩加固边坡的有限元极限分析，研究了桩长、桩位与潜在滑面、边坡的安全系数及桩身内力之间的关系，研究了边坡滑体与滑带强度之间不同的比例关系与桩长、边坡安全系数的关系。研究结果表明，沉埋桩设在合适的位置上采用较短的桩就可使边坡达到设计要求的安全系数，桩身内力也较全长桩降低，表明沉埋抗滑桩具有良好的应用前景，但是也受到边坡次生滑动面的位置、滑体与滑带强度比例以及桩位置等因素的制约。沉埋桩加固边坡设计中若不考虑这些制约因素，有可能导致工程失败。     

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。     

静压桩在不同沉桩速率下的透明土模型试验研究

静压沉桩过程中沉桩速率决定着桩周土体扰动程度与范围,而目前在静压沉桩中考虑沉桩速率对桩周土体变形影响的研究还较少。基于透明土相似材料和粒子图像测速技术(PIV),开展静压沉桩可视化模型试验研究,分析不同沉桩速率下桩周土体位移场及其演化过程。结果表明：不同沉桩速率下桩周土体位移模式表现出斜向下挤密扩张→侧向挤压→斜向上挤出的动态变化过程;沉桩初期和后期扰动范围发生变化的原因是高速沉桩下桩端下提前产生了高应力区;高速沉桩对桩周土体扰动范围略大于低速沉桩;桩周土体总的运动趋势为向上运动,且沉桩速率越大,距离桩体越近,土体竖向位移量越大。研究成果可为合理设计沉桩速率和保障施工质量与安全提供技术支持。     

基于模型试验的群桩沉桩后超孔隙水压力分析

基于静压群桩模型试验,运用孔压计分别量测了单桩、群桩沉桩后的超孔隙水压力,通过量测结果表明：单桩时,随着径向距离的增加,超孔隙水压力是不断减小的;群桩压入后,超孔隙水压力在桩身范围内是随着深度的增加而不断增加的;由于压桩顺序的影响,当桩压入与测点较近时,则该测点处的超孔压值会猛然上升。     

基于透明土材料的沉桩过程土体三维变形模型试验研究

为了对沉桩过程中桩周土体内部的变形特性进行非插入式测量,利用正十二烷、十五号白油混合液和玻璃砂合成透明土,并在此基础上设计了沉桩模型试验系统;该系统包括激光器、线性发生器、CCD（charge-coupled device）相机、沉桩加载仪和计算机等。激光经线性发生器转化后将透明土样切分,形成土体内部颗粒切面,CCD相机连续拍摄沉桩过程中该切面的图像,并通过计算机中图像处理软件进行分析,得到该切面变形前后的变形位移场。通过与数值模型的对比分析,验证模型试验结果的可靠性。对多个切面变形前后的位移场进行分析,从而得到沉桩过程中土体变形的完整三维变形场。试验结果表明,试验条件下沉桩水平挤土位移影响范围为8R;与常规模型试验方法相比,方法实现了土体内部变形的三维测量,有助于了解土体在各种荷载条件下的变形机理。     

考虑天然黏土应力各向异性的静压沉桩效应研究

 基于K0固结各向异性修正剑桥模型(K0-MCC),考虑天然饱和黏土的初始应力各向异性及应力诱发各向异性特征,推导天然饱和黏土地基中静压沉桩扩孔问题的理论解,提出沉桩阻力的理论计算方法。在此基础上,通过静压沉桩离心机模型试验,对理论解进行验证,研究静压沉桩过程中桩周土压力、孔压及沉桩阻力的变化规律。结果表明,由于提出的理论解合理考虑了天然黏土地基的固有特性,因而可以较好地反映天然饱和黏土中的静压沉桩效应。研究成果为静压桩施工及承载力确定提供了理论依据,具有一定的理论和工程意义。     

群桩沉桩挤土过程的FLAC分析

在单桩挤土过程模拟的基础上,运用有限差分程序FLAC对群桩沉桩过程进行模拟.分析群桩沉桩过程中不同桩径、桩距以及桩长对桩周土体的位移、应力与孔隙压力的影响.     

微型桩护坡和微型桩-植被协同护坡的模型试验对比研究

为探究在荷载条件下不同工况边坡位移以及土压力的变化情况,文中以研究工程为背景,依据相似理论进行模型试验,设置微型桩护坡、微型桩-植被协同护坡两种不同的工况,通过在坡顶施加竖向荷载,边坡在桩前桩后不同深度处布置土压力盒以及应变片的方式,监测微型桩桩身弯矩分布规律以及微型桩-植被的协同护坡的护坡机理。结果表明,协同护坡组桩身弯矩在相同荷载条件下,相较于微型桩护坡组下降了78.86%,整体与桩后土体脱离速度下降了67.03%;微型桩护坡组最终边坡破坏是由土体破坏所导致的,而协同护坡组则是因为微型桩-土体的共同受力破坏。     

抗滑桩加固斜坡坡面位移场特征及演化模型试验研究

 通过大型滑坡物理模型试验,利用计算机辅助检测技术测量坡体表面的位移场,获得抗滑桩加固斜坡坡面位移场分布特征,统计斜坡失稳过程中坡面位移场的特征统计量–方差,根据位移场方差值D(X)的平稳变化和急剧变化对坡体失稳破坏过程进行描述;运用分形理论R/S分析法,确定滑坡位移场时序分形动力学参数–坡面位移场方差的Hurst指数,研究抗滑桩加固斜坡失稳过程中坡面位移场的演化规律。试验结果表明：坡面位移场特征统计量–方差可以用来表征斜坡宏观裂缝的发育、贯通,以及斜坡的失稳破坏;宏观裂缝形成前夕,坡面出现局部变形带,局部变形进一步集中,形成宏观地表裂缝,此统计特征量–方差出现突变,斜坡失稳破坏时,位移场方差出现激增;斜坡失稳过程中位移场时序分形动力学参数–坡面位移场方差的Hurst指数表现出“低值–回升–降维”的演化趋势,坡面位移场方差的Hurst指数随着斜坡由稳定向失稳的演化出现明显降维突变规律。     

堤防边坡稳定离心模型试验技术

在进行堤防工程设计时,一般要进行竣工期、水位骤降期及高洪水位运行期的抗滑稳定分析。从试验材料模拟、工况模拟及离心机加荷运行方式等方面提出应用离心机模型试验研究堤防抗滑稳定的试验模拟技术,并探讨通过离心破坏性试验获取边坡稳定安全系数的方法。试验技术对进行堤防边坡工作与破坏机理研究以及对设计方案的论证、优选具有重要的指导意义。     

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。     

水位骤降对边坡稳定性影响的模型试验研究

 自然界中存在着大量的临水边坡,比如河岸、海堤、土石坝、水库库岸以及湖岸等,边坡外水位的骤降极易诱发此类临水边坡的滑坡。通过大型模型试验研究水位骤降引致临水边坡滑坡的原因及失稳模式。模型边坡的尺寸为15 m×5 m×6 m(长×宽×高),边坡部分的高度为4 m。在试验中,通过水位控制系统实现坡外水位的骤降,利用数码摄像、高精度传感器、侧面示踪点等仪器设备详细记录水位骤降过程中边坡内的孔隙水压力、土水总压力,滑动面形态及坡面裂缝的形成和发展过程,揭示水位骤降引致边坡失稳的原因及失稳模式。试验结果表明,坡外水位骤降时,坡内水位的下降速度显著滞后于坡外,产生指向坡外的渗流,是滑坡产生的重要原因;松散填土边坡的失稳模式为有多重滑面的牵引破坏模式。该研究结果有助于深入认识水位骤降引致滑坡的机制,可为治理此类滑坡提供科学依据。     

反倾层状结构岩质边坡动力响应特性及破坏机制振动台模型试验研究

 采用物理模型试验,研究强震作用下反倾层状结构岩质边坡动力响应特征及破坏过程。试验结果表明：(1)加速度放大系数具有随坡高而增大,且越接近坡顶放大越明显的非线性高程效应及越接近坡表放大越强烈的非线性趋表效应。(2) 基本以3/4坡高为界,此高度以上,边坡水平加速度放大效应明显高于垂直加速度,而此高度以下,垂直加速度放大效应较明显。(3) 地震波频率对加速度放大系数影响最大,当地震波频率越接近坡体自振频率时,加速度放大越明显,且边坡出现波动特性的坡高越低。(4) 加速度峰值不改变动力加速度放大系数在坡体内的分布,但加速度峰值越高,边坡动力加速度放大系数越大。(5) 反倾层状结构边坡在地震力作用下的破坏过程主要为：地震诱发→坡顶结构面张开→坡体浅表层结构面张开→浅表层结构面张开数量增加、张开范围向深处发展,且坡体中出现块体剪断现象→边坡中、上部及表层岩体结构松动,坡体内出现顺坡向弧形贯通裂缝。试验中出现的变形分带现象进一步证明了动力加速度放大系数在坡体内分布的非线性。     

蠕动滑坡变形机制的理论分析 与模型试验研究

 以襄樊—十堰高速公路韩家垭滑坡为背景,对其地质成因、物质组成、滑面物理力学特性、结构特征与运动特性进行了解,在此基础上对其变形机制进行深入分析,针对其变形规律建立相应的流变力学模型来反映其规律,并采用室内模型试验对滑坡的变形破坏全过程进行研究,利用试验所记录各部位测点的位移数据、现场监测数据和流变模型的位移变化曲线进行比较验证可知,位移曲线比较吻合,流变模型能较好地反映蠕动型滑坡的变形规律。     

可控通气真空预压室内模型试验及其机制分析

 随着滨海新区的开发建设,围海造陆形成越来越多的土地,它是由含水量高达80%以上的吹填土形成的,在进行真空预压处理过程中如何控制投资成为现在亟待解决的问题。为探索更为经济的真空预压工艺,根据真空预压加固机制首次提出可控通气真空预压的概念,并设计可控通气真空预压室内模型试验。通过试验对相同条件下可控通气和常规真空预压进行对比研究,得出相同条件下2个模型的沉降、孔压变化和土体内真空压力随时间变化曲线。试验结果表明,在相同的加固时间、真空荷载和模型尺寸条件下,可控通气真空预压比常规真空预压加固效果好,说明可控通气真空预压加固高含水量软土地能够缩短加固时间,节省资金。最后,对可控通气真空预压工作机制进行研究,为可控通气真空预压的应用和发展提供理论依据。     

格构式框架护坡地震动位移模式的振动台试验研究

 通过1个比尺1∶8的边坡大型振动台模型试验,研究锚杆格构式框架护坡在地震作用下的位移模式及其变化特性。模型试验以汶川波作为设计输入地震波,采用水平(X)向、竖直(Z)向和水平竖直(XZ)双向等3种激振方式。研究结果表明：(1)  X向单向激振时,支挡结构的动位移模式为：当激振加速度峰值AXmax≤0.4 g时,离开土体向外侧平移;当AXmax = 0.6 g时,绕支挡结构的下端向土体方向或边坡下方转动;当AXmax≥0.8 g时,挤向边坡土体方向移动,同时向边坡下方移动与绕支挡结构下端向土体方向转动的耦合。(2)  Z向单向激振时,支挡结构的动位移模式为：当AZmax≤0.267 g时,离开土体向外侧移动,同时发生向边坡下方移动与绕结构下端向土体方向转动的耦合;当AZmax≥0.400 g时,挤向边坡土体方向平移与绕结构下端向土体方向转动的耦合。(3) XZ双向激振时,支挡结构的动位移模式为：离开土体向外侧平移,与绕结构下端向土体方向或边坡下方转动的耦合。