桩间三维土拱效应颗粒流数值模拟及其演化规律

抗滑桩桩间形成的土拱是水平土拱和竖向摩擦拱的共同体现,具有明显的三维特征。利用颗粒流分析软件PFC^3D建立数值模型,在桩后不同高度处及同一水平面不同位置设置一系列测量球,监测桩后土体应力变化情况。结合颗粒位移变化情况对抗滑桩桩间三维土拱效应的形成演化进行分析,并对土拱厚度的演化规律做了深入研究,提出结合相对位移和最大主应力等值线综合确定土拱厚度的新方法。分析表明：桩后土拱由桩间临空面靠近桩底开始并不断向土体内部和上部发展,土拱的破坏过程由桩底向桩顶扩展;土拱厚度随深度变化表现为沿桩底向桩顶先增加后减小的趋势;土拱厚度随时间的变化表现为随着加载时间增加,土拱厚度先增加后减小直至土拱破坏。     

边坡工程中抗滑群桩工程特性的数值分析

针对建立抗滑群桩的设计方法问题,分析了抗滑群桩在水平推力作用下的力学行为.以重庆江东边坡的典型断面为例,应用有限元程序CORE3D分析了群桩的桩间颗粒土的土拱区域,结合桩的荷载位移曲线、土拱效应解释了土体应力传递到抗滑桩的规律,通过对影响土拱效应的参数,如桩间距、土体厚度、抗滑桩嵌入深度和桩径等的深入研究,提出了相应的群桩布置参数估算公式.研究成果在重庆江东边坡的防护工程设计中得到了应用,并取得了较好的效果.     

桩后及桩侧土拱共同作用的抗滑桩桩间距分析

为得到较为符合工程实际的抗滑桩合理桩间距计算公式,在考虑桩土相互作用及已有数值模拟结果的基础上,提出桩后土拱及桩侧土拱同时存在并共同受力的计算模型,且两者拱轴线线型符合合理拱轴线条件.分析抗滑桩桩后土拱及桩侧土拱极限承载力,并假定在合理桩间距条件下,桩后土拱及桩侧土承载力之和为土体总推力的大小.在此假设的基础上,推导出合理桩间距的计算公式,分析考虑滑坡推力在沿桩深度方向上非均匀分布的工况,并与工程实际进行比较,结果与之相符合.对所得合理桩间距计算公式中参数进行分析,结果表明:合理桩间距随抗滑桩截面尺寸及土体黏聚力增大而线性增加,随土体内摩擦角增加而曲线递增.     

Ito塑性变形理论的抗滑桩临界桩间距分析

日本学者Ito与Matsui（1975）提出的塑性变形理论,在抗滑桩加固边坡分析中得到了广泛的应用.该理论不但考虑了桩径和桩间距,而且很好地考虑了滑坡中桩-土的相互作用,但是对临界桩间距没有明确的界定.实际情况表明滑坡推力是通过桩间土拱向桩传递的,桩间成拱效应又受桩间距的影响,因此研究抗滑桩在支挡边坡工程中的土拱效应和临界桩间距有其理论与现实意义,本文将结合此理论桩间的破坏形式,对临界桩间距进行分析,给出合理的临界桩间距以指导抗滑桩加固边坡设计.     

不同桩型双排抗滑桩土拱效应数值分析

为揭示方型抗滑桩和圆型抗滑桩的土拱效应的变化发展特征,采用FLAC3D进行数值模拟计算,分析了两种桩型的桩周土体位移、桩间法向应力突变和桩后切向应力的变化规律。研究结果表明,方型抗滑桩比圆型抗滑桩的遮拦效果更好,桩周土体位移较小;而圆型抗滑桩的前排桩桩后应力较方型桩更大,前后排桩的受力更加均衡。     

抗滑桩桩后土拱形状及影响因素

为描述抗滑桩桩后土拱的形状,采用平面应变有限元模型,通过搜索数值计算结果中最大主压应力迹线,拟合土拱轴线的描述方程,分析桩间距、土体参数、桩土界面参数、桩后荷载等因素对拱高和拱跨的影响规律,提出考虑上述因素的土拱轴线形状方程.结果表明:桩间距和桩后土压力大小对土拱形状影响最大.土拱跨高比与桩间距呈二次正相关关系,在桩间距为4.46倍桩直径时,土拱受力最为有利.随着桩后土压力增加,土拱拱高呈陡降形对数函数变化规律,反映了土拱从形成-发展-破坏的演变规律.     

抗滑桩桩间土土拱效应有限元分析研究

采用二维有限元技术分析矩形抗滑桩桩间土土拱效应问题,得知在一定的桩间距下桩土效应较为明显,并通过案例对桩间距和桩问土粘聚力对桩土效应的影响作了分析,提出土拱效应的存在条件,土的性质对土拱效应的影响,得出工程实际中合理的桩间距.     

考虑土体自重应力影响的抗滑桩三维土拱效应

基于Prandtl-Reissner地基极限承载力理论,建立了一种新的土拱效应力学分析模型,改进了拱脚破坏面的假设.研究表明,自重应力是引起土拱效应破坏的主导因素,低于临界深度时土的剪胀效应破坏拱脚,高于临界深度时由于土的剪切破坏拱脚失效;研究结果与ABAQUS有限元数值模拟及室内模型试验结果一致.在三维状态下,在距桩顶表面一定深度内,拱脚处土的竖向位移会破坏拱脚,土拱效应减弱,在此以下一定深度段为土拱效应形成的有利深度,有利深度段深度下自重应力对土拱的破坏起主导作用.研究提出了根据桩土摩擦系数求解拱脚破坏面的新思路,为抗滑桩抗力设计提供了理论借鉴.     

双排桩多层土拱效应分析及计算理论

为了解决滑坡推力在双排桩上的分配及前排桩桩土土抗力确定等问题,从双排桩的多层土拱效应入手,分析了2种类型的土拱(端承拱、摩擦拱)在拱脚处的力学特性,推导出2种类型的土拱所能承载的极限承载力,然后对滑坡推力在前排桩的分配、桩前土抗力、前后排桩间距等问题进行研究分析,得到如下结论:当双排桩能够完全抵挡滑坡推力时,桩前土抗力几乎不存在,后排桩承担的滑坡推力大于前排桩承载的滑坡推力;当双排桩不能够完全抵挡滑坡推力,桩前土体存在抗力,前、后排桩承载的滑坡推力相同;且前、后排桩间距不应小于前排桩端承拱的矢高加半个拱厚.最后通过算例对得出的结论进行了验证.     

疏排桩-土钉墙组合支护基坑土拱效应模型试验

采用同济大学中型岩土离心机进行了8组疏排桩-土钉墙组合支护基坑的离心模型试验。基于离心模型试验结果,提出了疏排桩-土钉墙组合支护基坑桩间土拱效应的最终形态分析模型,并结合三维有限元数值分析探讨了桩间土拱效应的动态发展过程以及桩间距和土钉参数对土拱形态的影响规律。研究结果表明:当桩间距与桩径之比B/D≥8或土钉长度与基坑开挖深度之比L/H≥2/3时,桩间土体无明显土拱效应;当桩间距与桩径之比B/D=4～6且土钉长度与基坑开挖深度之比L/H2/3时,桩间土拱效应明显;疏排桩-土钉墙组合支护基坑的土拱最终形态表现为沿基坑顶面成抛物线形,延基坑深度方向具有一定直立深度的曲面。     

带受力盘塑料套管混凝土桩挤土效应试验研究

在上海软土地基中进行了带受力盘塑料套管混凝土桩沉桩压入试验,通过在试验桩桩周预先布置孔压、侧向位移、地表隆起和径向土压力监测点,探求带受力盘TC桩在沉桩过程中的桩土相互作用机理。试验结果表明:超孔压增量沿深度呈上小下大分布并在沉管拔出后迅速消散;挤土应力沿深度亦呈上小下大分布并沿径向减小,在沉管拔出短时间内骤减;土体在桩压入过程向外移动,拔管之后向内偏转;地表整体下沉,随径向距离增加下沉量变小。     

基于BOTDR监测技术抗滑桩上滑坡推力确定

针对目前滑坡推力确定方法研究中存在的问题及滑坡推力特征监测的要求,提出基于BOTDR监测数据确定滑坡推力的计算分析方法.通过在抗滑桩桩体内布置光纤传感器,监测抗滑桩在滑坡推力作用下的连续变形;应用抗滑桩桩身应变、弯矩及抗滑桩受力之间的函数关系,计算作用在抗滑桩上的水平推力.结果表明：利用BOTDR监测数据不但能够确定抗滑桩上作用滑坡推力的分布形式和大小,还能确定整个抗滑桩上的受力及滑面埋深.依据计算结果分析,同一排抗滑桩上的滑坡推力分布具有明显的分段特征,滑坡推力分布形式差别较大,靠近滑坡主轴线的中心段,滑坡推力最大,分布近似抛物线形;边缘段滑坡推力作用最弱,从边缘至中心段滑坡推力方向发生了偏转.     

微型桩加固堆积层膨胀土滑坡桩间土拱效应试验研究

基于相似理论,在1 200mm×1 200mm×1 000mm的模型框架中设计制作了微型桩加固滑坡模型.选用从陕南地区采集的膨胀土为滑体材料,在滑面以上微型桩前不同深度处,埋设土压力盒,测量滑坡形成过程中土压力,对土拱效应进行了研究.结果表明：降雨阶段的土拱效应较弱;随着土深的增加,微型桩前土拱压力增大;桩间距增大,桩前土拱效应逐渐减弱.最佳土拱效应时,桩间距为（8～10）d（d为桩径）.     

稳态渗流下非饱和土涵洞竖向土压力的迭代解与简化

为描述稳态渗流下不同类别非饱和土涵洞的竖向土压力变化,应用圆弧小主应力轨迹法和Mohr应力圆获得考虑土拱效应的滑移面土压力系数,继而基于非饱和土的有效应力强度公式与吸应力理论,由水平薄层单元的竖向力平衡分别建立稳态渗流下上埋式/沟埋式非饱和土涵洞竖向土压力的迭代解,给出应用步骤并开展对比验证与方法拓展,最后结合吸应力沿深度分布规律提出涵洞竖向土压力的简化实用公式。研究结果表明:涵洞竖向土压力迭代解能合理反映土体类别、水分蒸发、降雨入渗和土拱效应的综合影响,并得到文献现场实测和理论公式数据的正确性验证以及对非饱和土涵洞的适用性;涵洞竖向土压力实用公式可显式表达且精度良好,方便估算不同稳态渗流下涵洞主要荷载;砂土涵洞可忽略非饱和特性影响而按饱和土计算竖向土压力,粉土和黏土涵洞可简化吸应力沿深度为线性分布;上埋式涵洞土拱负效应使得竖向土压力增大,而沟埋式涵洞土拱正效应使得竖向土压力减小。     

带受力盘塑料套管混凝土桩桥头处理研究

为研究带受力盘塑料套管混凝土桩(带受力盘TC桩)在桥头处理中的桩土应力比以及侧向位移情况,以上海市奉浦大道工程为依托,在桥头处理段埋设相关试验仪器。通过持续的数据监测,在积累了较多的实测数据的基础上,对所得数据进行科学分析,得出带受力盘TC桩桩土应力比分布,发现在较低的路堤填土下难以形成土拱效应;以及由于施工工艺使得路基下土层存在一个较长的土体回挤过程。最后指出在带受力盘TC桩施工完成后应施加足够的荷载并持续足够时间,使得桩周土能充分回挤,从而使得带受力盘TC桩能充分发挥其强度,减少桥头段沉降。     

疏桩的承载性能和土拱效应

疏桩在软土地区的应用可以分为两个方面：疏桩复合地基和疏桩基坑支护。本文针对疏桩基础中的摩擦桩,采用弹性力学中的Mindlin-Geddes解和Boussinesq解联合求解的方法,分析了疏桩基础的附加应力场。通过对比不同桩间距下的桩土荷载分担比的变化规律,分析了软土地区疏桩间距的合理范围。同时对疏桩水平方向上存在的土拱效应,采用三维有限元数值方法模拟了桩间距对疏桩成拱的影响,得出了产生土拱的最大桩间距范围在6～8d之间。针对疏桩复合地基的沉降控制计算方法,本文总结出应用Poulos弹性理论法计算单桩沉降和复合地基方法计算群桩沉降。     

桩承式路堤拱效应分析

掌握桩承式路堤中土拱效应的传力机制,建立有效的计算模型,可合理选择桩间距,这对保证工程质量和节约工程造价具有重要的作用。采用非均布荷载形式,建立了相应的土拱效应计算模型,并给出了土拱拱顶与拱脚截面等效直径变化规律的经验关系。通过理论计算桩顶应力,并与实际工程监测数据对比,结果显示二者基本吻合,验证了改进模型的可行性。