预应力混凝土抗滑桩实验与数值计算

1前言对于预应力抗滑桩设计计算,目前尚无认同的方法。工程中抗滑桩设计计算方法一般是将抗滑桩分成2部分:滑面以上用悬臂梁进行计算;滑面以下的桩身变位和内力根据滑面处的弯矩和剪力,按地基的弹性抗力进行计算。而按弹性地基梁计算滑动面以下的桩身内力和变位时,根据地基系数的分布情况选用相应的计算方法。显然,这种计算方法很繁琐。有限单元法对复杂结构,尤其对复杂的边界条件、地层条件及荷载条件的计算处理都比较方便。且有限单元法能考虑抗滑桩与土体的相互作用。由于平面有限元和三维有限元的计算结果受土体参数的影响很大,目前尚未…     

考虑滑床复合倾斜岩体综合地基系数的抗滑桩受力特征研究

在抗滑桩内力与变形计算中,当前理论分析多将滑床岩体等效成均质体或水平的非均质体,而三峡库区大部分滑床多为复合倾斜岩体。通过3DEC数值试验,研究了抗滑桩的有效影响范围与桩截面宽度、深度的关系,确定了抗滑桩有效影响范围的上、下限;利用面积等效,在桩的有效影响范围内提出了滑床复合倾斜岩体综合地基系数K_(Zi)的公式;推导了基于K_(Zi)的弹性抗滑桩嵌固段受力特征研究的计算公式并编写了MATLAB计算程序。以马家沟滑坡为例,采用等效法、水平层状地基系数法和基于K_(Zi)的计算方法分别进行了抗滑桩嵌固段内力、位移的计算。结果表明,基于K_(Zi)的计算方法与水平层状地基系数法相比,滑面处位移增大14.6%,内力相差较小;同时,基于K_(Zi)的计算方法根据滑动面处的位移反求桩顶的位移与现场监测位移较为接近,而利用传统方法计算位移偏小,设计偏于危险。该方法可为复合倾斜岩体地区的抗滑桩设计提供理论支撑。     

弹性地基梁理论在锚索抗滑桩计算中的应用

针对目前锚索抗滑桩的内力计算通常未考虑滑面以上桩身与岩土体的相互作用关系,而将滑面以上桩身按一般静力结构或有限次超静定结构计算的现状。本文根据弹性地基梁理论,考虑锚索与桩的变形协调,将初参数法运用到锚索抗滑桩的计算中,通过选取合理的初参数作为未知量,得到了锚索拉力以及桩身内力的计算过程。并结合皖南地区某处产生滑移弯曲变形的顺层滑坡治理工程进行了分析,与传统方法计算结果相比,本方法所得内力值较大,偏于安全,桩身内力分布规律与传统方法所得结果较吻合。     

抗滑桩全桩计算的有限差分法

有限差分法求解分析抗滑桩(或预应力锚索抗滑桩)常采用Winkle弹性地基梁法。在对有限差分法分析的基础上,文章改进了有限差分法求解抗滑桩全桩内力和变形的计算方法。对全桩整体采用有限差分方法求解其内力,避免了将桩身分为受荷段和锚固段及利用滑面处连续条件求解的复杂过程。该方法对滑坡推力与地基系数取值,可依据实际情况假定为广义形式来模拟土体对抗滑桩的作用工况。能很好地求解预应力锚索作用于桩身或桩身设多道锚索工况下的锚索拉力值。并利用Excel对该方法编程,能便捷地计算抗滑桩内力。分析计算结果,当差分节点单元长度适当时,计算结果能够较好地满足工程应用。对比有限元计算分析结果,相同节点单元长度下两者计算相差较小,且节点长度越小,越接近有限元结果。     

锚索抗滑桩内力计算的传递矩阵法

为了改进现有锚索抗滑桩计算中存在的不足,将传递矩阵算法应用于锚索抗滑桩结构内力计算。推导了适合抗滑桩计算的场矩阵和点矩阵,能够完成普通抗滑桩、桩顶作用集中荷载以及桩身有多个受力分段的抗滑桩内力计算,再结合具体的不同点矩阵形式,可以完成预应力锚索抗滑桩内力计算。根据预应力锚索抗滑桩的工作原理,给出了不同受力阶段的传递矩阵计算式。最后,通过具体的计算实例对预应力锚索抗滑桩不同受力阶段的内力和位移进行了计算分析,结果表明,在锚索预应力作用下,受荷段出现较大的剪力和弯矩,位移较小;进入变形协调阶段后,滑面处和锚固段的剪力明显增加,锚固段出现较大弯矩,桩顶出现向前的位移。     

锚索抗滑桩设计拉力及锁定值的规划求解研究

预应力锚索抗滑桩桩头设计拉力及锁定值的确定是锚索抗滑桩结构设计计算的关键技术问题之一,本文基于采用线弹性Winkle地基梁有限差分法的抗滑桩结构分析计算软件"Analypile",对全桩整体采用有限差分法求解其内力,避免了将桩身分解为受荷段和锚固段及利用滑面处连续条件求解的复杂过程,该方法对滑坡推力及地基系数取值,可依据实际情况假定为广义形式来模拟土体对抗滑桩的作用工况,能很好地求解预应力锚索作用于抗滑桩或桩身设多道锚索工况下的锚索拉力值,并利用Excel规划求解工具合理选定工程优化目标,建立综合约束条件及其规划模型,提出了一种新的有关桩头预应力锚索设计拉力及锁定值的确定原则和方法。     

弹性抗滑桩全桩内力计算的地基反力荷载法

地基系数法是弹性抗滑桩内力计算的常用方法,基于地基系数“m-k”法的基本原理,将抗滑桩作为整体进行内力分析,提出了弹性抗滑桩全桩内力计算的反力荷载法,详细推导了有关计算公式;运用Matlab语言编写了全桩内力计算和图形处理程序,可对全桩进行整体分析,不需要像传统方法那样以滑动面为界将抗滑桩分成受荷段和锚固段分别计算其内力;与有限差分法相比,无需利用滑动面处的连续性条件进行迭代计算;计算实例表明,其方法与传统方法计算结果能很好吻合,图形处理结果有利于抗滑桩结构设计,且程序运行时间短,可提高抗滑桩内力分析效率。     

三峡库区滑坡抗滑桩设计地基系数取值的探讨

从岩土体性质、地下水、时间效应、深度、桩截面尺寸及桩周地基土的变形量方面,讨论了影响地基系数的几个因素,给出了线弹性地基反力法计算弹性桩内力的通解,比较了几种线弹性地基反力法的分布形式、适用条件及其不足之处.以三峡库区万州区二层岩滑坡为例,对于3种不同地质环境中的抗滑桩分别采用K法、C法、M法计算抗滑桩的内力,结果表明:M法计算得到的抗滑桩承受的弯矩、剪力最大,桩水平位移最大,对桩周岩土体的应力最小;K法计算得到的弯矩、剪力最小,桩水平位移最小,对桩周岩土体的应力最大.根据万州区滑坡抗滑桩嵌岩段岩土体的质量等级,认为万州区抗滑桩设计采用M法较适宜,这对万州区今后滑坡治理设计具有重要的指导作用.     

锚索抗滑桩内力计算的有限差分“K-K”法

基于地基系数“K-K”法的原理，提出了进行锚索抗滑桩全桩内力计算的有限差分法，同时，编写了该法的计算和图形处理程序。实例计算结果表明：只要等量差分段取得足够小，虽然所耗机时稍长，但可获得高精度数值解，其精度高于采用传统手算法所得的精度，而且图形处理结果可优化抗滑桩的结构设计，并考虑了各种桩底支承条件。本方法的基本原理同悬臂桩法，滑动面以下锚索桩的内力计算同普通桩完全相同。滑动面以上不同之处只是此时的桩顶条件有所不同，必须考虑锚索拉力的作用。地基系数“K-K”法适用于滑动面上、下地层均为岩层的情况，此时滑动面上、下地基系数均为常数。     

基于有限差分法的抗滑桩计算机辅助设计

基于地基系数“m-m”法、“m-k”法、“k-k”法的原理,考虑桩顶和桩底边界条件以及桩在滑动面处位移、转角、弯矩和剪力的连续条件,可解得桩身各节点的位移和内力,提出了进行抗滑桩全桩内力计算的有限差分法。根据差分方程并用VB6.0编制了实用的计算程序,既可避免繁琐的查表计算,提高计算速度,又可提高计算精度,直观生动,真正实现了人机交互,在界面的引导下,设计人员可完成全部计算,并绘出内力图形和抗滑桩截面配筋图,使设计更方便快捷,该软件可以极大地提高生产效率,降低工程造价,从而实现抗滑桩的优化设计。最后采用上述方法对某滑坡的悬臂抗滑桩进行了设计与计算。     

抗滑短桩加固滑坡体模型试验三维数值模拟分析

为解决抗滑短桩加固滑坡体理论研究不满足工程应用需要的现状,本文采用基于快速拉格朗日算法的FLAC3D软件,对桩长变化的抗滑短桩加固碎石土滑坡全过程进行三维有限元模拟,通过分析滑体位移、应力、抗滑短桩位移和桩身弯矩的变化规律,研究抗滑短桩的受力变形特性及桩土相互作用机理。研究表明:经抗滑短桩加固后的滑坡,稳定性显著提高;随着桩长增加,桩后应力分布越均匀,抗滑短桩与桩周土体的整体性越好,滑体最大位移逐渐减小,有效抑制滑体位移;当桩长小于60 cm时,滑体出现"越顶"现象,在楔形体前缘顶部形成了贯通滑动面,且发生较小范围的失稳破坏;当桩体自由段与滑体厚度比值为0.52~0.59时,加固效果最理想。研究结果对抗滑短桩加固滑坡体的抗滑机理予以补充。     

锚索桩的主动支护作用及桩身初始内力分析

预应力锚索桩在桩身施工完毕且锚索施加了初始预应力时,因滑坡推力未及作用于桩上,初始预应力即刻对受荷段桩背的岩土体产生迎滑动方向反推的一种主动支护效应,同时使桩身产生初始内力。基于受荷段桩背岩土水平反力模数为常数的单向Winkler弹性地基梁模型,以及嵌入段桩周岩土水平反力双参数模式的Winkler弹性地基梁模型,以受荷段桩身挠曲线的有限差分式与嵌入段挠曲线的解析通解改进式在滑面处的协调条件联立,推导了锚索初始预应力所产生主动支护效果的半解析定量计算和桩身初始内力求解方法,该方法有助于建立应急抢险或施工期,锚索桩工程对滑坡稳定性及时作用的评估。     

弹性抗滑桩锚固段内力计算的反力荷载法

传统的抗滑桩锚固段内力计算是将锚固段视为Winkler弹性地基梁,以幂级数解法为基础,采用地基系数m法或K法,通过查表得到桩身内力,计算过程较为繁琐,且受表中各系数的截断误差的影响,常使内力计算结果存在一些偏差。以地基系数m(K)法的有限差分法是一种较为理想的方法,但需通过迭代计算,且分段数较多。本文基于地基系数m(K)法推导了抗滑桩锚固段内力计算的反力荷载法计算公式,提出了计算精度控制方法;较之于有限差分法,本文方法无需迭代计算,具有分段数少的特点;编写了全桩内力计算和图形处理程序;计算实例表明,与传统方法相比,可有效提高抗滑桩内力分析效率和计算精度,有利于抗滑桩结构的优化设计。     

深厚软土中抗滑桩的修正悬臂桩计算方法

大面积堆填或开挖时深厚软土地层内部常产生较大滑移,这为该类地层中考虑桩土作用的抗滑桩分析带来较大困难。考虑深厚软土的滑移性状,针对既有悬臂桩法计算存在的问题进行修正,滑动面上部桩身受荷段的桩身荷载采用等腰三角形分布且极值点为极限侧土压力,设滑动面下部桩身锚固段上侧桩周软土为理想弹塑性以考虑软土大位移条件,下侧为弹性状态,并通过位移叠加原理对传统方法求解产生滑动面不连续的缺陷进行修正。通过现场桩侧堆载试验验证,修正悬臂桩法的弯矩和位移计算结果较好,桩顶位移误差小于3%,桩身最大弯矩误差小于10%。所提方法有助于深厚软土地层抗滑桩的设计和计算。     

抗滑刚架桩挡墙的设计与应用

对于滑面较深、推力较大的滑坡,抗滑刚架桩上设置挡墙会显著地减小抗滑刚架桩长径比,故抗滑刚架桩挡墙将会越来越广泛地应用于滑坡治理工程中。在文克尔弹性地基理论的基础上,本文采用有限差分法推导了抗滑刚架桩挡墙的计算公式。所提出的计算方法已应用于工程实际中,取得了良好效果。还明确了抗滑刚架桩挡墙的适用条件。通过与抗滑刚架桩的对比分析,得出了一些有益的结论,比如在相同的条件下,抗滑刚架桩挡墙的位移约是抗滑刚架桩的55%。     

Field investigation of force and displacement within a strata slope using a real-time remote monitoring system

Research on monitoring and forecasting technology for slope stability is important for ensuring railway operation. This paper presents field investigation of force and displacement within a strata slope using a real-time remote monitoring system. Based on the interactions of the landslide body, the landslide bed and the monitoring anchor of slope, the mechanical principle of relative movement between the landslide body and the landslide bed can be found. This paper puts forward stress data obtained from a monitoring anchor as the main criterion for landslide stability. The stress will change continually inside the slope mass before the occurrence of a landslide. When the sliding force is larger than the anti-sliding force, deformation and landslides will occur; thus, the change in stress occurs before the change in displacement. In this study, the internal stress, deep displacement and surface strain of a railway slope were measured by a real-time remote-monitoring system, and a vibration metre was installed on the surface of the railway slope to study the influence of the train vibration load on the stability of the slope. The monitoring results are synthetically analysed temporally and spatially, then a railway slope forecasting model is proposed. According to the railway slope field application, the forecasting model makes successful predictions.     

门架式双排抗滑桩的弹塑性模型与计算分析

门架式双排抗滑桩的计算模型大部分将桩排间岩土体视为弹性材料,而岩土体为弹塑性材料,使得抗滑桩内力、位移计算结果与实际情况相差较大。假设桩排间岩土体为弹塑性材料,提出一种弹塑性计算模型,该模型将桩排间岩土体看作线弹性单元和塑性单元的组合,根据结构力学知识、土的本构关系和数值分析方法建立一种计算前后排抗滑桩内力的计算方法。首先,由已知的桩顶位移,并结合结构力学位移法求出桩间土总应力。根据Lade-Duncan模型导出这两个单元的基本参数,然后,结合数值分析方法计算出抗滑桩的内力,最后,结合工程实例,运用ANSYS有限元软件进行计算分析,得出门架式双排抗滑桩的内力图。对比监测数据和弹性模型计算结果表明,弹塑性模型的计算结果比弹性模型更加接近监测值。     

双排微型桩加固碎石土滑坡物理模型试验研究

通过3组不同桩间距下双排微型桩加固碎石土滑坡室内模型试验,研究微型桩受力变形特性和滑坡推力传递规律。试验结果表明:双排微型桩承受的滑坡推力主要集中在滑面以上1/3桩身范围内,桩身最大弯矩位于滑面附近,且桩群均以第一排桩达到其弹性受力极限而失效;桩间距为5d时,微型桩群对桩间土的遮蔽阻挡效果最好,桩群能承受的滑坡推力最大,且桩顶位移最小,滑坡推力在排桩间分布最合理,其传递系数α在（0.5,0.7）间取值。     

嵌岩桩抗滑特性的物理模型试验研究

进行嵌岩桩与滑坡体相互作用的框架式滑坡物理模型试验,根据微型土压力盒和电阻应变计的监测数据,分别研究滑坡推力作用下模型桩的受力特征、桩身弯矩分布规律及模型变形破坏模式。试验结果表明,嵌岩桩加固后的滑坡,桩后推力随深度的增加呈抛物线型分布形式,合力作用点约在滑动面以上模型桩自由段的1/2处;嵌岩模型桩有明显的抗滑特性,承担了大部分桩后推力,传递至桩前土压力值较小且稳定;模型桩的桩身弯矩分布形式不同于普通抗滑桩弯矩分布形式,自由段埋深0~15 cm范围内为主要弯矩承受区域,最大弯矩截面位于滑面上模型桩自由段1/3处,滑动面处桩身弯矩绝对值较小;滑坡模型在沿滑面推力加载作用下发生桩后滑体越桩滑动破坏。该试验成果为嵌岩桩的抗滑特性研究提供了科学依据,可为该类型抗滑桩设计提供一定的指导性建议。