滑坡防治独立微型桩性状的大型物理模型试验研究

通过进行独立微型桩与滑坡相互作用的大型物理模型试验,采用土压力盒、位移计和应变片等测试手段,研究滑坡作用下独立微型桩的受力情况、变形破坏模式及弯矩分布规律等。试验结果表明:独立微型桩的破坏部位位于滑面附近,破坏模式为弯曲与剪切相结合的破坏;滑面上下各15倍桩径的范围内桩土相互作用较明显,此范围外的桩身与周围土体基本共同变形;独立微型桩发生破坏时的桩顶位移量约为1/4倍桩径,且破坏后的微型桩依然有抗滑能力,主要由桩身配筋的拉力提供;独立微型桩的桩身弯矩分布形式不同于普通抗滑桩,弯矩主要分布在滑面附近,且受荷段承受反弯矩。     

基于模型试验的滑坡防治微型桩设计方法

通过开展微型桩与滑坡相互作用的大型物理模型试验,总结滑坡作用下微型桩的性状,在试验结果的基础上提出一种微型桩防治滑坡的设计方法。试验结果表明:微型桩的破坏是因滑面处的桩体抗弯剪能力不足引起的,桩身混凝土破碎后,微型桩抗滑机理由抗弯、抗剪转为钢筋抗拉; 群桩中各排桩的水平变位无明显差异,各排桩所受的滑坡推力沿滑坡滑动方向逐渐减小。基于试验结果,提出一种微型桩防治滑坡的设计方法,按微型桩在滑面处抗剪进行设计,同时考虑了各排桩所受滑坡推力的不均匀分布。     

高压注浆钢花管微型桩抗滑特性足尺模型试验研究

为了探讨高压注浆钢花管微型桩在真实受力状态下的抗滑特性,开展了高压注浆钢花管微型单桩和群桩加固滑坡的足尺模型试验,以及重力注浆微型单桩加固滑坡的对比试验。结果表明:高压注浆能够劈裂桩周土体,在滑动带形成树根状的胶结体,显著地改善滑坡土体的力学性能,增强桩体抵抗变形的能力,减小桩体的弯曲变形,致使滑动带土体抗剪强度增加了152.5%;较重力注浆微型桩,高压注浆钢花管微型单、群桩加固滑坡的水平极限荷载分别提高了37.8%、71.2%;极限状态条件下,高压注浆钢花管群桩中后排桩承受的水平推力和弯矩最大,前排桩次之,中间桩最小,从坡体后缘向前缘弯矩最大位置处桩身混凝土由挤压破坏转变为张拉破坏。     

多次分段注浆钢花管单桩抗滑性能模型试验研究

采用现场原型试验,从滑坡推力、桩身土压力、桩身弯矩等方面研究了多次分段注浆钢花管单桩的抗滑性能,分析了多次分段注浆钢花管注浆效果和破坏模式。试验结果表明：采用多次分段控制注浆技术,钢花管周边形成“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,有效地增强了钢花管单桩结构的抗滑性能。6.0 m桩长的多次分段注浆钢花管,与常规钢花管相比,单桩水平抗滑力提高了35 kN,其水平承载力相比常规钢花管提高约50.72%,更好地阻止了滑坡的产生,钢花管在滑坡推力作用下发生弯曲破坏,最大弯矩值出现在滑面附近,因此,建议在结构设计中加强滑面附近的桩体配筋设计,以增强滑面附近的抗弯破坏能力,从而达到更好的抗滑效果。     

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。     

抗滑桩应变特征与内力非线性研究

为探究抗滑桩实际内力与变形间的规律,特别是桩土相互作用下桩体受力、变形、稳定性等特征,通过抗滑桩大型物理模型试验,结合MATLAB拟合推导实现从桩表面应变散点数据到桩身挠度分布的求解。对比同桩长不同加载条件与同加载条件不同桩长两种情况下桩表面应变、桩身弯矩、剪力及挠度,分析抗滑桩的应变特征与内力变化规律。研究表明:单调与循环加载条件下抗滑桩工作阶段划分为三阶段,即未开裂阶段、混凝土开裂-钢筋屈服阶段、钢筋屈服-桩体破坏阶段。未开裂阶段一、二级荷载下由于土的压密性桩体略微回弹,桩表面应变、桩身弯矩、受荷段剪力及挠度出现较小的负值（绝对值约为破坏时的1%）。混凝土开裂-钢筋屈服阶段应变、弯矩、剪力、挠度增速明显加快。钢筋屈服-桩体破坏阶段应变、弯矩、剪力、挠度呈非线性增长,桩体的破坏模式均为弯剪破坏。随着自由端长度的增加,破坏时应变、弯矩增大,而剪力减小,破坏时应变增长约10%,弯矩增长约3%,剪力减少约20%;相对于单调加载,循环加载下最大弯矩值和最大挠度均有增大,最大弯矩增长约2%,最大挠度增长约1%。     

微型桩加固长大缓倾裂隙土边坡模型试验

南水北调工程中大量膨胀土边坡因其内部的长大缓倾裂隙而发生滑动,其抢险与加固工程中微型桩取得了较好的应用效果。研究微型桩加固长大缓倾裂隙土边坡的加固机制及其参数影响,对此类工程的微型桩加固设计具有重要意义。以微型桩加固膨胀土边坡的实际工程为背景,采取对边坡滑体沿裂隙面平行方向施加推力的方式,开展了不同缓倾裂隙面角度的未加桩边坡推移破坏试验,并以桩长、排间距和桩位为影响参数,进行了微型桩加固长大缓倾裂隙土边坡的参数影响模型试验,对边坡的位移特征以及微型桩的受力特性与加固效应进行了分析。结果表明：微型桩对于缓倾裂隙边坡具有较好的抗滑加固效果,能够将抗滑阻力维持在较高的水平。微型桩能提供的抗滑阻力随桩长（锚固比）增加而增加,但提升效率随桩长增加而减小。建议布置在边坡上1/3处的微型桩锚固比取值为0.5,布置在边坡下1/3处的微型桩锚固比取值不小于0.65。桩身弯矩与剪力均呈反S形分布,最大值均位于裂隙面附近。双排桩使得边坡抵抗破坏的韧性增强,当排距为200 mm(10倍桩径)时,前后排桩协调较好,均能较为充分地发挥抗滑作用,对边坡抗滑推力提升较大。     

锚索抗滑桩加固堆积型滑坡的受力特性模型试验与数值模拟研究

为研究锚索抗滑桩加固堆积型滑坡的受力特性及其联合抗滑机制,开展了分级推力荷载作用下锚索抗滑桩加固滑坡的室内物理模型试验,分析了模型滑坡从加载到破坏过程中桩顶位移、桩身前后土压力、桩身弯矩、锚索轴力和滑体深部水平位移的变化规律。并采用数值模拟进行对比分析,两者所得结果吻合较好。结果表明:(1)桩顶位移、桩身弯矩及锚索轴力随推力荷载的变化曲线均呈现明显的三阶段特征,对应的桩-锚荷载分担比呈先增大、后减小和最后趋于稳定的规律。(2)桩前滑体抗力呈抛物线型分布,且抗力值较小;桩后滑体推力呈上大下小的抛物线型分布,合力作用点约位于滑面以上0.5h_1处(h_1为受荷段长度)。(3)桩身最大弯矩点始终位于滑面以下2 cm处,表明桩前滑床并未发生破坏。(4)由桩身实测弯矩计算得到的桩身荷载分布表明,桩体抗力主要由桩前滑面以下滑床提供,且呈倒三角形分布。(5)锚索的设置能够有效限制桩身变形,同时在工程中更应该注意锚索失效问题。该研究成果可为堆积型滑坡治理中锚索抗滑桩的合理设计提供试验基础。     

高压注浆钢花管微型桩抗滑特性足尺模型试验研究

为了探讨高压注浆钢花管微型桩在真实受力状态下的抗滑特性,开展了高压注浆钢花管微型单桩和群桩加固滑坡的足尺模型试验,以及重力注浆微型单桩加固滑坡的对比试验。结果表明:高压注浆能够劈裂桩周土体,在滑动带形成树根状的胶结体,显著地改善滑坡土体的力学性能,增强桩体抵抗变形的能力,减小桩体的弯曲变形,致使滑动带土体抗剪强度增加了152.6%;较重力注浆微型桩,高压注浆钢花管微型单桩、群桩加固滑坡的水平极限荷载分别提高了37.8%、71.2%;极限状态条件下,高压注浆钢花管群桩中后排桩承受的水平推力和弯矩最大,前排桩次之,中间桩最小,从坡体后缘向前缘弯矩最大位置处桩身混凝土由挤压破坏转变为张拉破坏。     

预应力锚索修复含微裂纹抗滑桩模型试验研究

施加预应力锚索是修复含微裂纹抗滑桩最重要的手段之一。为了探讨施加预应力锚索修复含微裂纹抗滑桩的可行性以及修复过程中抗滑桩变形破坏特征,采用大型物理模型试验对预应力锚索修复含微裂纹抗滑桩进行了研究。试验结果表明,施加预应力锚索修复含微裂纹抗滑桩可提高抗滑桩承载储备能力;滑坡荷载-桩顶位移曲线可分为挤密、线弹性变形与破坏3个阶段;滑坡荷载下桩体在滑面附近位置发生破坏,破坏具有突发性;预应力荷载下抗滑桩在锚索孔位置产生拉破坏,并伴随滑面位置裂纹的扩展;滑坡荷载下桩后土压力呈三角形分布,施加预应力荷载后土压力呈倒梯形分布;锚索预应力的施加降低了弯矩峰值,但最大弯矩位置向锚索孔位置以及滑面附近位置转移,该2处位置是采用预应力锚索修复抗滑桩的薄弱部位。研究成果对于预应力锚索修复含微裂纹抗滑桩技术的推广应用以及抗滑桩修复工程的设计具有指导意义。     

钢管抗滑短桩受力特性物理模型试验研究

为研究钢管抗滑短桩加固滑坡体的受力特性,在中国地质调查局地质灾害防治技术中心完成了4组不同桩长的钢管抗滑短桩加固碎石土滑坡的室内物理模型试验。测试堆载施加的滑坡推力作用下桩后、前土压力和桩身应变,观察滑体前缘变形破坏形态,分析滑坡推力、桩前土体抗力和桩身弯矩的分布规律试验。结果表明,滑坡推力的分布和桩前土体抗力和桩身弯矩是“S”型分布,确定了抗滑短桩的危险截面。对比分析桩长变化钢管抗滑短桩的受力特性,初步拟定钢管短桩能发挥抗滑效果的桩长下限值,即钢管抗滑短桩位于滑体中的长度应不小于滑体厚度的2/3。     

基于振动台试验的抗滑桩加固斜坡桥基研究

基于工程实践中研究斜坡桥基抗震加固的需要,设计并完成前后排抗滑桩加固滑坡桥基的振动台模型试验。通过加载不同频率、加速度峰值的正弦波,分析振动时桥墩基桩、抗滑桩的受力变形规律,探讨滑坡破坏发展过程和动力响应特性。试验结果显示,前后排抗滑桩均应与桥基保持合理距离,有利于桥墩基础的受力变形;受桥梁上部结构的动力影响,桥墩基桩应变沿桩深衰减,衰减速度与土体抗力相关;当后排抗滑桩开裂后,桩身应变骤降,桩后土压力出现卸荷效应,但抗滑桩仍有潜在的承载能力,同时滑坡从稳定性最差的区域开始破坏,逐渐产生频段耦合效应,在后排抗滑桩达到承载极限前,频段耦合效应显著,达到承载极限后,卸荷效应显著。     

抗滑桩加固边坡稳定性影响因素的参数分析

抗滑桩加固是滑坡治理的常用方法。本文采用强度折减有限元法分析了影响抗滑桩加固边坡稳定性的若干因素,计算了边坡抗滑桩在坡顶分级堆载过程中的桩身弯矩、剪力、位移和边坡安全系数,揭示了桩位、桩长等因素对抗滑桩加固边坡稳定状态的影响规律,获得了最优桩位及临界桩长等抗滑桩优化设计要素,为排桩的优化设计提供参考依据。并对抗滑桩在坡顶分级堆载下的桩身受力、变形特性及规律进行了分析。发现桩头水平位移在坡顶分级堆载下以指数函数形式发展,并建立了变形预测数学模型,为桩身变形控制提供了参考依据。     

桩及桩板墙加固路基边坡的对比室内模型试验研究

设计了尺寸相似比为1:25的室内试验模型,对两组不同支护方式下预设滑面的边坡模型进行逐级水平推移式加载,对比分析了在横向荷载作用下抗滑桩及桩板式挡墙（后置式挡土板）两种支护结构的受力及变形特点（考虑深层滑坡）。研究发现:边坡-支护结构系统的破坏明显分为3个阶段,即滑体土压密阶段、支护结构主要变形阶段及支护结构失效阶段;距桩顶14cm的同一水平位置桩后土压力传递效率较低,与距加载板位置远近成反比,呈指数变化规律;抗滑桩仍是两种支护结构的主要受力构件,挡土板延长了模型破坏的主要变形阶段,加固效果显著;桩板支护结构较抗滑桩支护多承受一级荷载（0.5kN）,承载力提高了14.29%;挡土板优化了桩后土压力的分布形式,使作用在整个桩背侧土压力合力的作用点更靠近锚固端,有利于抵抗桩身的挠曲变形。本研究可为这两种边坡支护结构形式的选择提供参考。     

软岩陡坡椅式桩支挡结构受力变形模型试验研究

对软岩陡坡椅式桩（CSP）支挡结构,通过大比例模型试验研究路基面分级荷载作用下其内力变形规律、结构-岩土体相互作用,根据试验条件和结构受力状态,提出了其设计计算方法。结果表明,椅式桩的空间结构特性可有效控制结构变形和减小桩身内力;主副桩桩身弯矩大小接近,最大弯矩位于坡面处,桩侧岩石压力主要跟桩基变形与岩石变形模量有关;椅式桩一般不会出现结构倾倒破坏,软岩边坡则以浅层破坏为主;基于弹性地基梁的分析解,可较好地描述椅式桩的内力变化及其分布规律。研究结果对正确分析椅式桩支挡结构的抗滑机制和设计计算具有较好的参考价值。     

微型抗滑桩单桩设计计算模型及算法研究

考虑微型桩与周围岩土体间摩擦力的作用,提出了一种新的微型抗滑桩单桩设计计算模型,并给出了具体算法。由微型桩加固滑坡体的变形特点,分析微型桩与岩土体之间的相互作用机制,将微型桩与周围岩土体的摩擦作用引入其受力分析中;根据微型桩上各部分受力特点的不同,将微型桩分成上部摩擦受拉段、中部滑坡推力作用段和下部锚固段3段进行分析,推导了微型桩总的变形控制方程及各分段的变形控制方程;采用初参数法对控制方程进行求解,得到了微型抗滑桩上的内力分布及变形规律。计算结果表明,在滑坡推力作用下,微型桩的变形主要发生在滑面附近及以上桩段,滑面附近桩段将产生较大的内力和弯曲变形,受拉段弯曲变形较小,近似水平移动;桩与岩土体间的摩擦力是微型桩与周围岩土体相互作用的重要组成部分,摩擦力的作用能显著减小微型桩的弯曲变形,有效控制滑坡体的位移。     

基于复合抗滑桩模型加固边坡稳定性分析

数值分析方法能够同时考虑抗滑桩的受力行为及加固边坡稳定性,是研究抗滑桩加固边坡稳定性的重要手段。但在数值模拟计算中,尚未形成一种建模易、精度高和计算快的抗滑桩数值模拟模型。因此,提出一种复合单元抗滑桩模型,基于该模型系统研究抗滑桩顶部自由和固定约束条件下,不同桩位、间距等设计参数对抗滑桩加固边坡效果的影响以及抗滑桩潜在失效模式,研究结果表明,复合单元抗滑桩模型可以真实地模拟桩的力学性能,计算精度高且计算结果不受单元网格疏密的影响。抗滑桩布置在边坡中部时,加固边坡安全系数最大,越靠近边坡两端,加固边坡安全系数越小。当桩间距S≤3D时,边坡潜在滑面被分为两个独立部分,桩间土形成明显应力拱,当桩间距S≥4D时,桩间中心土体塑性剪切带完全贯通,桩间土体形成反向应力拱。桩顶自由和固定约束时,抗滑桩分别布置在边坡中部(Lx/L=0.5)和边坡中下部(Lx/L=0.3)时,抗滑桩易发生弯曲破坏。研究结果对抗滑桩加固边坡工程设计具有指导意义。     

弧形间隔排桩-桩顶拱梁空间抗滑结构理论研究

为充分利用地形、地质结构和混凝土的材料特性,优化直线排桩的不利受力状态和提高其整体稳定性,提出了弧形间隔排桩-桩顶拱梁新型空间抗滑结构,即根据滑坡地形及地质条件弧形布设抗滑桩,桩顶设置连系梁,连系梁两端设置抗力桩,形成空间结构以抵抗滑坡推力。以抗滑桩与连系梁之间的作用力为冗力,分别建立了连系梁和抗滑桩的计算模型,并对连系梁的内力和抗滑桩的位移进行了理论分析,根据连系梁与抗滑桩连接处的位移协调条件,建立了力法典型方程求解冗力。最终得出了连系梁的弯矩、剪力和轴力以及抗滑桩的位移、内力理论计算公式。通过算例分析并与悬臂桩及直线排桩-桩顶连系梁抗滑结构比较,结果表明：空间抗滑结构中弧形连系梁的内力分布更加合理,弧形连系梁对抗滑桩的位移约束效果明显。