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。     

一种微型桩组合抗滑结构内力分析方法

微型桩组合抗滑结构是指把若干根以一定间距排列的微型桩在顶部用板体连接起来,以抵抗滑坡推力的一种新型支挡加固结构。因其具有桩径小、施工快捷、施工人员安全保障高、经济性好等优点,可用于中小型边（滑）坡的治理工程中,尤其是快速抢险工程。根据此种结构的一般受力特征,在计算桩体内力时,提出把该结构在滑面以上的部分视为在滑坡推力作用下的刚架结构,等效分解后对各桩按弹性地基梁利用m法进行解析,其间考虑了受荷段桩间岩土体对桩的推力作用,各桩体在滑面以下的部分视为弹性桩利用k法进一步计算,于是按照先分析上半部分再计算下半部分的方法可确定出该结构内力。分析结果表明,各微型桩承受轴力、弯矩和剪力,其中轴力作用更为主要。以该类结构在四川省广巴高速公路路堑边坡工程中实际应用为例,通过试验说明了所提算法的合理性。     

高陡堆积体滑坡半坡桩无效锚固深度分析

半坡桩与普通抗滑桩的受力机制不同,用常规的设计方法半坡桩的锚固深度不足,可能导致治理工程失效。为了分析半坡桩无效锚固深度,在分析高陡堆积体滑坡特点的基础上,根据抗滑桩受力机制重新厘定了半坡桩的概念;以弹性半坡桩为例,用数值分析方法重点研究了弹性半坡桩无效锚固深度与总的锚固深度、滑面倾角及滑坡推力的关系。结果表明,弹性半坡桩的无效锚固深度受总的锚固深度影响较小,当总的锚固深度增加时,无效锚固深度在小范围内波动;弹性半坡桩的无效锚固深度与滑面倾角及滑坡推力呈指数正相关性,随着滑面倾角及滑坡推力的增加,无效锚固深度也在增加。     

影响大吨位预应力长锚索锚固力损失的因素分析

通过对水利水电工程岩体加固中常采用的大吨位预应力长锚索锚固力变化规律的分析,详细讨论了影响预应力锚索锚固力变化的钢材松弛、岩体强度与性质、施工质量、锚索结构与环境变化等因素,得出了不同影响因素对预应力长锚索锚固过程中锚固力损失的影响效应。观察表明,引起锚索锚固力损失的最主要因素是岩体的变形与施工质量。根据岩锚实测资料的统计分析,进一步提出了各影响因素与锚固力损失间相应的经验关系,最后,提出了控制锚固力损失的工程措施,可供相关锚索设计与施工时的参考。     

滑坡治理微型桩群配筋形式模型试验

通过模型试验,对比研究桩周配筋和桩心配筋的微型桩群在滑坡治理中的承载机理、受力变形特征和破坏模式。研究表明,微型桩群对滑坡防治效果显著,可有效增加滑面的综合抗剪强度,并且桩周配筋形式比桩心配筋形式更为合理。     

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。     

陡倾滑面堆积层滑坡抗滑桩锚固深度研究

在陡倾滑面堆积层滑坡中抗滑桩锚固深度的计算是支挡结构设计的关键技术问题之一。以内(江)六(盘水)线K285滑坡为工程研究对象,基于相似原理,进行桩土相互作用的物理模型试验,研究3种不同锚固深度抗滑桩锚固段的受力状态和桩前滑床破坏特征。试验结果表明,(1)桩前滑体抗力呈三角形分布,滑带处抗力最大;(2)桩身最大弯矩点随着荷载增加沿桩身逐渐下降,桩前滑床发生楔形破坏,破裂深度基本与最大弯矩点对应;(3)随着锚固段长度的增加,桩前滑床楔形破坏面位置逐渐上移接近滑动面,且其破裂角逐渐减小。基于以上分析,笔者等将抗滑桩锚固段划分为无抗力锚固段、无效锚固段和有效锚固段,并采用弹性力学推导了各段长度和锚固段总长度的计算式。将研究结果用于内六线K285滑坡抗滑桩锚固深度的优化设计,在保证治理效果的基础上使得桩长减小了6 m。研究成果具有重要的工程实践价值。     

预应力锚索抗滑桩力系实测及预应力影响效应分析

目前,对于预应力影响下抗滑桩外荷载的变化情况尚不明确,为进一步探讨该问题,以山西离柳焦煤新民二矿南山滑坡治理工程为研究对象,对抗滑桩桩背土压力及预应力锚索锚固力进行了长期的现场实测,重点分析了土压力的分布规律、变化情况以及锚索预应力的损失情况,在此基础上分析了预应力对滑面以上桩背土压力的影响效应。结果表明,预应力施加阶段对滑面以上桩背土压力的影响主要与初始预应力大小以及锚索抗滑桩结构形式有关;滑坡推力作用阶段对土压力的影响主要表现为对滑坡推力分布形式的影响,在预应力锚索长期作用下,滑坡推力分布趋于更加均匀。      

黄土滑坡微型桩抗滑作用现场试验与数值模拟

通过现场大型模拟试验和数值(FLAC3D)模拟,研究了黄土滑坡中微型桩滑坡推力及桩后土体抗力分布规律。综合试验结果及数值分析认为:滑坡推力在微型桩上的分布形式可近似认为为三角形,推力在滑面处达到最大值;滑坡推力在五排桩上的分配系数为:0.279,0.195,0.189,0.161,0.176;桩后土体抗力与滑坡推力变化趋势相对应,在滑面附近达到最大值;根据实测值绘出微型桩P-y曲线,并拟合出相应公式,其成果可为微型桩变形破坏机理分析提供基础资料,为微型桩设计提供参考。     

双排抗滑桩的受力特性研究——以柳家坡2号滑坡治理工程为例

岚皋县柳家坡2号滑坡的推力和规模较大,单排桩或者一般的支挡结构已经无法满足抗滑力的要求。而双排抗滑桩在满足抗滑力的同时,更具有刚度大、稳定性高等特点。为了研究岚皋县柳家坡2号滑坡在治理过程中双排抗滑桩各排桩分担的滑坡推力的大小,通过对前后两排桩进行单独受力分析,推导出桩身变形推力的计算公式;通过对双排桩治理后的滑坡进行二维模拟,对滑坡的稳定性、应力与应变以及双排桩的弯矩与剪力进行深入的探究分析。研究表明,抗滑桩在滑面处及锚固段中部受到的剪力最大,且后排桩相较前排桩所承受的滑坡推力更大,这为抗滑桩的设计计算提供了参考意义。     

预应力锚索孔内扩孔工艺的研究

预应力锚索技术是进行滑坡治理、边坡锚固等地质灾害治理中的常用技术,传统锚索内锚头自由地搁置在内锚固段孔内,在无预应力状态下进行内锚固段注浆;而自承载式预应力锚索在有预应力的状态下注浆,有利于充分发挥浆体材料及岩体的力学性能。对于中硬以下碎裂岩层,采取在锚固段进行扩孔,在扩孔段安装自承载式锚索承载体,承载体扩体后,利用孔壁的摩擦力和扩孔段端部的承载力进行初张拉锁定。因此,研究了一种适用于中硬以下岩层（抗压强度＜30 MPa）且适合使用空气潜孔锤钻进工艺的扩孔钻具和钻孔工艺,通过进行扩孔钻进室内试验,结果表明,该扩孔钻具和工艺能够实现在锚固段进行分段扩孔。     

土质滑坡格构锚杆抗滑机制及受力试验研究

通过滑坡防治格构锚固大型物理模型试验,分析了土质滑坡格构锚杆体系在坡顶荷载下的变形和位移,揭示了格构锚杆的抗滑机制,探讨了锚固力与坡体位移及锚杆变形的关系,提出了极限锚固力的计算方法。结果表明：滑坡滑动时,格构梁与坡体整体发生旋转滑移,锚杆在滑面处发生了弯曲变形,处于弯曲和轴向拉伸组合变形状态;格构锚杆的抗滑作用表现为锚杆在滑面处的抗剪抗滑和锚杆格构梁的挡土阻滑;格构锚杆的极限锚固力由初始预应力、锚杆弯曲变形引起锚拉力、坡体位移引起锚拉力三部分组成,可通过公式 计算。该研究结果可为格构锚固体系的优化设计提供一定的参考。     

丹江口水库大坝加高工程应力分散型预应力锚杆研制及应用

介绍了丹江口水库大坝加高改造工程中采用的应力分散型、自锁式内锚头预应力锚杆技术。项目研制了性能可靠、结构合理的专用扩孔器具和自锁式内锚头,解决了50 m深孔高精度钻孔难题。该锚固技术改善了内锚固段应力集中的不良状态,改变了普通锚杆预应力通过内锚固体与孔壁的粘结力传递到承载体上的方式,而是通过在扩孔段设置的自锁式内锚头,以压力的形式,分散直接作用于不同深度的承载体上,锚固力不会因粘结力衰减而损失,起到长期锚固的作用。     

考虑高边坡强卸荷的锚索锚固力耦合变化模型

在岩质高边坡锚固工程建设中,锚索的锚固力能否长期维持决定着边坡锚固工程的成败。因此,研究锚索锚固力的时效变化规律至关重要。以不同地区的高边坡锚固工程为例,讨论了高边坡强卸荷作用与工程初期锚固力快速损失的对应关系,并分析了在强卸荷作用影响下的高边坡锚索前期锚固力损失差异机制。通过案例总结出锚索锚固力变化模型的建立需要考虑高边坡强卸荷作用对锚固力损失的影响,基于锚固力损失与高边坡岩体时效变形的耦合效应,将引入转化时间K的西原流变模型与模拟锚索体并联,建立了锚索锚固力的耦合变化模型,推导出锚索锚固力长期变化的理论方程。结合锦屏水电站左岸高边坡LE1915排水洞与L2J连接洞K0+126 m下游附近的锚固力实测数据与已有理论模型对比,证明了新模型应用于开挖强卸荷的高边坡工程中的准确性,比以往的耦合模型具有更广泛的适用范围,不仅为高边坡锚固工程锚索锚固力的控制与补偿时间提供了理论依据和技术手段,而且对锚索锚固力的变化异常预警和高边坡工程的长期安全运营有重要意义。     

基于FAST-1新型高强快速锚固剂的筋-浆-岩黏结性试验

为了研究FAST-1新型高强快速锚固剂的锚固性能及最佳锚固长度,通过连续荷载作用下的极限拉拔试验,从多个方面研究了基于FAST-1新型锚固剂的筋-浆-岩体系的黏结性能。研究发现：该新型锚固剂具有早期强度高的特点,24 h即可达到设计强度;其水料比在一定范围内（0.22~0.31）会影响拉拔过程中锚固结构的破坏模式,水料比越小,黏结强度越大,但流动性也越差;锚固剂对岩层的黏结性能大于锚索,增加锚索与浆液固结体的接触面积可有效提高锚固性能。笔者选用拟合效果较好的连续曲线模型求取相对滑移,有效反映不同界面的黏结性能;优选有效的筋-浆长度计算方法,得出锚固长度与锚体长度相关,建议锚固长度取值10.0d~15.0d（d为锚索直径）。     

压力型锚杆支护滑坡的地震动力响应特性研究

为研究地震作用下锚固滑坡的动力响应特征及压力型锚杆的受力机制,采用ABAQUS有限元软件建立了压力型锚杆联合格构梁支护的锚固滑坡模型,在此基础上,分析了锚固滑坡的加速度响应规律、地震动参数对加速度响应的影响以及压力型锚杆的受力特征等。结果表明:地震作用下锚固滑坡具有明显的高程放大效应,坡顶响应最强;不同类型的地震波作用时,由于其频谱特性的差异,锚固滑坡的加速度响应不同,锚固滑坡对输入地震波的低频段存在放大作用,对高频段具有滤波作用;随地震波幅值的增大,锚固滑坡的加速度响应呈先减小后增大的趋势。对于同一根锚杆而言,锚杆杆体轴力分布较均匀;对于同列不同排的锚杆而言,各排锚杆杆体的轴力值差异较大,自上而下呈"C"型分布,底排锚杆和顶排锚杆承担大部分荷载。研究结果对于压力型锚杆支护滑坡的抗震设计具有一定的指导意义。      

微型桩单桩加固滑坡体的模型试验研究

通过开展滑坡基本参数试验和微型桩加固滑坡体的模型试验,研究微型桩单桩加固滑坡体的承载机理、受力情况及破坏模式。结果表明:微型桩可有效提高滑坡的稳定系数,采用微型桩加固滑坡后,可将滑坡的稳定系数由0.96提高至1.35;微型桩所受的滑坡推力呈上小下大的三角形分布,滑床抗力呈上大下小的三角形分布,且随加载量的增加合力作用点逐渐向滑面靠近;微型桩于滑面附近发生破坏,其破坏模式可判断为弯剪破坏。     

岩质边坡楔形体锚索加固方向角三维优化设计

以岩质边坡中常见的楔形体滑动为研究对象,研究其最优锚固方向角的计算方法。将锚索自由段单位长度能提供的最大抗滑增量作为目标控制变量,将坡面和两组滑动面的特征参数与锚索设计参数作为优化控制自变量,通过坐标系转换建立线性方程组对锚索的预拉力进行分解,得到用于锚固方向角三维优化的新计算方程。在该方程的基础上,借助导数法和Matlab软件中的fmincon函数分别对锚索加固方向与坡面走向垂直的二维优化方式和锚索加固方向不受限制时的三维优化方式下的锚固方向角进行了优化。最后通过算例与工程实例分析相结合,证明了推荐的最优锚固方向角计算方法的有效性与先进性。新方法可进一步提高锚索的锚固效益,减少锚索的总用量,降低边坡的支护费用。