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。     

基底倾斜的管桩复合地基路堤破坏模式研究

通过4组土工离心模型试验,研究了山区底面倾斜的软土层管桩复合地基路堤破坏模式。基于底面倾斜的天然软基路堤变形及失稳破坏特点,分析了桩端嵌入硬土层深度和桩顶格梁对于山区管桩复合地基路堤变形及失稳破坏模式的影响。试验结果表明,倾斜软土管桩复合地基上的路堤破坏模式主要有:(1)当桩端嵌入硬土层较深时,复合地基易发生下坡坡脚附近的桩体倾倒和桩间土绕流破坏;(2)桩端嵌入硬土层较浅时,复合地基易发生桩体向一侧的倾覆破坏,并伴随一定的桩间土绕流破坏,桩体倾覆程度显著大于桩端嵌入硬土层较深的情况;(3)当加格梁联系管桩桩顶时,复合地基易发生桩间土的绕流破坏。     

微型钢管压力注浆抗滑桩的应用——某处置场滑坡应急抢险治理工程

微型钢管压力注浆抗滑桩具有地层适应性强、桩位布置灵活、施工作业面小、扰动小、施工迅速、桩体发挥作用所需时间短等优点,成为地质灾害应急抢险治理工程的首选,其作用机理主要是通过压力注浆,将钢管和岩土体通过浆液进行包裹,形成一个整体,共同起到抗滑的作用。文章以某处置场滑坡应急抢险治理工程为例,介绍了滑坡的形成机制,采用微型钢管压力注浆抗滑桩结合回填压脚进行治理,通过分析深部位移监测结果,钢管桩在较短时间内即有效地控制了滑坡体的变形,治理效果明显,达到了应急抢险治理的目的。     

路堤荷载下CFG桩复合地基失稳破坏特性离心模型试验

掌握路基工程CFG桩复合地基失稳破坏特性是建立稳定分析方法的基础。针对路堤荷载作用下深厚软黏土地基,开展了3组CFG桩复合地基离心模型试验,采用自行研制的空中泄砂装置模拟路堤分层填筑过程,设计制作砂浆包裹石墨芯的模型桩监测桩体破坏时序,通过摄影测量技术获取地基土位移场云图,分析复合地基的承载与变形特性及失稳滑动形态。试验表明,随路堤荷载增加,位于坡脚附近的桩体首先发生破坏,并逐渐向路堤中心发展,呈现渐进破坏特点,复合地基发生整体失稳后滑面近似呈圆弧状;桩体破坏形态与桩周土体变形特性密切相关,地基发生隆起变形的坡脚附近桩体呈现拉弯破坏特征,承受路堤荷载较大的路肩附近桩体以压弯破坏为主;桩帽对桩土荷载分担影响显著,桩身轴力增大可提高桩体抗弯拉能力,有利于复合地基稳定性提高。     

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。     

多次分段注浆钢花管桩群结构抗滑性能模型试验研究

为了更好地研究多次分段注浆钢花管桩群结构防治新技术及其作用机制,采用现场大比例模型试验,研究多次分段注浆钢花管桩群的抗滑性能,讨论钢花管注浆效果、群桩效应及破坏模式。试验结果表明:采用多次分段控制注浆钢花管桩群结构加固边坡,在桩周边均形成"树根状"水泥柱复合抗滑体,这种结构可以有效提高桩周土体抗剪强度,有效增强钢花管桩群结构的抗滑性能。三排6.0m桩长的多次分段注浆钢花管,比单排注浆钢花管水平抗滑力提高了1.1×10~4 N/根,群桩结构每根钢花管水平承载力相比单排钢花管提高约10.5%;三排桩群结构的钢花管均在滑面附近发生受弯破坏,建议在结构设计中加强滑面附近的桩体配筋设计,提高滑面附近的抗弯破坏能力,以达到更好的抗滑效果。     

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。     

深基坑微型桩支护的模型试验研究

基于深基坑微型桩支护模型试验,研究深基坑开挖过程与基坑周边堆载时支挡体系和基坑边坡的力学响应特征及破坏规律。研究分析表明:开挖过程中,每级开挖面处桩体受力较大,开挖面以上土压力随着开挖深度的增加而逐渐减小,桩体弯曲变形显著,类似于悬臂梁受力弯曲,且随着开挖深度的增大,变形逐渐增大,开挖面以下桩体受力、变形变化较小;基坑周边堆载时,桩-土体系的破坏进一步加剧,基坑底面附近局部范围桩身弯矩变化较大,桩体剪切作用显著;整个过程中,基坑顶面首先发生破坏,地表产生裂缝且伴有土块脱落,随着开挖加载的进行,基坑边坡将产生多个滑裂面,呈叠瓦式排列。     

微型桩-锚组合新结构抗滑特性的数值分析

针对微型桩加固滑坡时容易出现侧向变形的缺陷,笔者基于综合排桩刚架结构与拉锚式挡土结构形式优点的研发思路,提出了一种微型桩-锚组合抗滑新结构。利用FLAC^3D分析了新结构的变形与受力特性,并与传统刚架式微型桩结构进行了比较。结果表明:相比普通刚架式结构,新结构加固后的边坡位移场和桩顶水平位移明显减小,其加固效果和抗滑能力更优;斜向预应力锚索增强了微型桩的侧向刚度,结构变形曲线相对平缓;桩体弯矩、剪力分布相对均匀,发挥了结构的整体受荷能力,且峰值有所降低;除抗弯和抗剪作用外,微型桩还起到轴向作用,尤其是顺坡桩侧摩阻力作用明显;锚索拉力随边坡变形累积而逐渐增大,可以利用稳定地层的自承能力分担部分滑坡荷载;由于锚索预应力的主动施加,结构对桩后土体起到预加固作用,系梁附近桩侧土压力明显增大。研究结果可为该新结构的设计提供一定理论依据。     

桩体刺入全过程褥垫层的工作特性

褥垫层是复合地基的核心构成,能协调桩、土之间的差异变形。在桩体刺入褥垫层的过程中,褥垫层的工作特性在发生变化,这方面研究还较少见。通过室内模型试验,观测桩体刺入褥垫层不同深度的桩顶压力、桩顶位移量、褥垫层的变形等试验结果,来研究褥垫层的全过程工作特性,并分析桩间土压力、桩径等对褥垫层的影响。结果表明:在桩体刺入过程中,褥垫层存在压密变形、剪切变形、压碎变形3个阶段;桩间土压力对褥垫层的整个变形过程均有影响,在其他条件相同时,褥垫层抵抗的桩顶压力、褥垫层的承载厚度均随着桩间土压力的增大而增大;桩径对褥垫层的影响主要在压碎变形阶段,褥垫层的承载厚度随桩径的增大而增大,且基本呈线性增长。     

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。     

地震作用下微型桩支挡结构振动台试验研究

运用大型振动台试验,通过加载EI地震波,研究地震作用下"人"字型和平形微型桩支挡结构的动力学响应并对比了二者的抗震承载能力,目的是通过对比试验研究提出抗震承载能力和抗变形能力更强的结构,为边坡工程和微型桩支挡结构抗震设计提供借鉴。研究结果表明,在EI地震波作用下:微型桩支挡结构山侧土压力滑面以上呈现"K"型分布,滑面附近土压力最大;两类微型桩河侧土压力分布特征不同;微型桩在双向耦合地震作用下土压力大于单向地震作用下的土压力;滑面处"人"字型微型桩支挡结构承担的滑坡推力为平形微型桩的2～5倍,平形微型桩桩顶横梁较"人"字型微型桩向前错动2.2 cm,"人"字型微型桩较平行微型桩支挡结构抗震承载能力和抗变形能力更强;微型桩支挡结构地震动土压力峰值存在响应滞后效应,滑动面附近土压力在整个地震时间段波动幅度较大,地震动峰值土压力响应滞后效应更明显;坡体内加速度沿桩身呈现放大特征,地震作用越强加速度放大效应越显著,边坡坡面附近加速度放大效应最强。     

三排微型桩内力分布的数值模拟

该文将强度折减法与有限差分程序FLAC~(3D)相结合,对同一排内均匀布置且具有纵向联系梁的桩心配筋微型桩进行数值分析。在利用实体单元和理想弹塑性本构模型模拟桩体得出加桩边坡的稳定系数后,采用可以直接得到弯矩和剪力等内力的结构单元Pile对桩体进行模拟,Beam单元模拟连系梁,得到了三排微型桩在破坏前不同滑坡推力下的内力分布规律。桩体受最大弯矩与剪力均位于滑带处,滑坡推力较小时第一排桩所受弯矩和剪力最大,第二排其次,第三排最小;滑坡推力较大、接近破坏时最大弯矩分配为第一排最大,第三排其次,第二排最小,剪力为第一排和第三排较大,第二排最小。     

长短桩复合地基在加固桥头深厚软基中的应用

管桩复合地基法在处理高速公路高填方桥头深厚软基时造价较高.在管桩间没置水泥搅拌桩,加大管桩间距,同时使桩间土的承载力适当提高,形成长短桩复合地基.详细介绍了长短桩复合地基在加固桥头深厚软基的具体方法,并对加固效果进行了分析.结果表明,经过长短桩复合地基处理后,通过减少总沉降最来控制工后沉降,减少幅度超过90%;填土荷载向管桩桩帽与搅拌桩桩顶集中,桩帽平台上的平均土压力是桩间土压力均值的4.5倍,搅拌桩桩顶平均压力是桩间土压力均值的1.7倍,路堤产生了土拱效应,使桩的高承载能力特性得以发挥.提高桩体承载比例的主要途径是提高桩的置换率,增大桩帽面积.     

锚杆抗滑桩破坏模式的试验研究

与普通抗滑桩相比,锚杆抗滑桩由于桩顶锚杆的存在,虽可以极大减小桩身内力,但其计算方法目前还不是很完善,因而开展这方面的试验研究就显得十分必要。介绍了锚杆抗滑桩破坏模式的试验成果,试验在自制的模型箱内进行,模型桩共4根,每根桩顶均布设一个锚杆,加载方式采用堆载,为了获得桩体变形和受力,模型内部设有一定数量的土压力盒、应变片和位移计。从桩体变形和受力来看,桩的破坏主要为塑性弯折破坏,破坏点位于桩前滑面以上,破坏弯矩主要由锚杆拉力、桩背土压力和桩前土体抗力来提供;从锚杆变化曲线来看,锚杆受力并不完全处于轴向受拉状态,而是处于弯曲和轴拉这两种的组合状态,受力主要位于滑面两侧40 cm左右的范围内,应力集中位置大致位于滑面两侧20 cm位置处;从应变分析来看,锚杆钢筋首先进入塑性屈服状态,其次才是桩体钢筋;另外,卸载后,在正的受拉状态下,对于桩体和锚杆钢筋,变形均有一定程度的恢复。     

刚性桩复合地基支承路堤稳定破坏机理的离心模型试验

对上软下硬成层土地基中刚性桩复合地基支承路堤,进行了单排桩和群桩条件下路堤稳定破坏机理的离心模型试验,研究了不同桩体抗弯刚度和强度,不同桩体加固位置,不同桩间距和桩端嵌入硬土层深度条件下桩体的受力与变形性状,破坏模式以及路堤的失稳破坏机理.离心机试验结果表明,不论是在单排桩还是群桩条件下,桩身最大弯矩作用点均产生于软硬土层交界面附近;在群桩条件下,桩体越靠近路堤中心桩身弯矩越小;当桩身抗弯刚度与强度较高,桩距较大且桩下端嵌入较硬土层足够深度时,可产生桩间土体沿桩的绕流甚至因产生绕流而导致路堤失稳破坏;当桩身抗弯刚度与强度较低时,在单排桩条件下,桩体会首先在软硬土层交界面处发生弯曲破坏,并可在路堤失稳前在桩身上部发生第二次弯曲破坏,而在群桩条件下,坡脚附近部分桩体首先在软硬土层交界面附近发生弯曲破坏,并可能伴随桩体受拉破坏而使桩断为上下两段,最后由于部分桩体发生整体倾覆破坏或者再次发生弯曲破坏而导致路堤发生失稳破坏;针对路堤具体的破坏情况有针对性地增大桩身抗弯强度,减小桩间距或增加桩端嵌入硬土层深度均可提高路堤的稳定性.     

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。     

二次注浆竖向钢花管微型桩水平承载能力试验研究

提出一种二次注浆竖向钢花管微型桩新技术,应用大比例模型槽试验,讨论无桩、单桩(传统一次管内注浆)、单桩(二次注浆)和三桩(二次注浆)条件下微型桩的二次注浆效果、水平承载能力、对边坡土体压力的改变和微型桩抗弯性能的改变。研究结果表明,二次劈裂注浆压力的大小与一、二次注浆时间间隔有直接关系,两次注浆间隔时间越长,二次注浆劈裂压力越大。相比传统一次注浆,二次注浆型钢花管微型桩单桩水平承载力提高24.42%,3根桩组合结构的水平承载能力相较三倍的二次注浆单桩水平抗滑力提高20.25%。同时,二次注浆作用使得滑坡推力在钢花管桩的受力点进一步下移,改善了滑坡推力的作用方式。试验测得单桩极限弯矩值增加了12.8 kN·m,抗弯能力提高约96.2%。新技术显著提高了钢花管微型桩水平承载能力,对桩间土体的加固作用更加明显,其抗剪、抗弯性能也较原技术得到了较大的提升。     

不同抗滑桩间距的隧道-滑坡体系中桩体及隧道衬砌结构承载特征研究

根据实际工程建立了1∶100的缩尺模型,分别对采用3种不同桩间距抗滑桩治理的隧道-滑坡体系中的桩体及隧道衬砌结构受力特征展开试验研究,对比分析抗滑桩桩顶位移、隧道位移、隧道土压力在滑坡失稳时的分布情况及桩身、隧道弯矩在分级荷载之下所呈现出的规律性变化和不同间距抗滑桩对于滑坡-隧道体系的支护效果。试验表明:当桩间距由2.08倍桩径增大至4.16、6.24倍桩径时,同等荷载作用时桩顶水平位移、隧道水平位移、桩身土压力、隧道土压力、桩身弯矩、隧道弯矩逐渐增大。但桩间距由4.16倍桩径增大至6.24倍桩径时位移和弯矩的增大幅度远大于桩间距由2.08倍桩径增大至4.16倍桩径时的情况。因此,滑坡推力较小时,可适当增大桩间距;滑坡推力较大时,应减小桩间距,以利于滑坡作用下隧道衬砌结构的安全。但无论滑坡推力的大小,4.16倍桩径抗滑桩桩间距是隧道抗滑移性价比较高的选择。     

注浆微型桩及其复合地基

注浆微型桩桩体的变形模量远远大于桩间土的变形模量,当注浆微型桩与周围土体共同承担上部基底应力时,基底应力会向注浆微型桩桩体集中,静载试验资料表明,仅占承压板面积约10％的微型桩承担了总荷载的50％～60％,而占承压板面积约90％的桩间土仅承担了总荷载的加％～50％。因此,注浆微型桩降低了基底下一定深度范围内土层中的附加应力,从而也就减小了持力层内可能产生的大量压缩变形,地基土的承载力也就相对提高了。此外,注浆微型桩对桩间土也能起到侧向约束作用,限制桩间土的侧向位移。注浆微型桩复合地基是由桩间改良后的土与注浆微型桩桩体组成的人工“复合地基”。