考虑窜孔效应的人工挖孔桩护壁设计方法研究

护壁对于人工挖孔桩成孔过程中防止土体塌落及滑动有着极为重要的作用,是施工中保障人员安全和工程质量的主要构件。针对人工挖孔桩的护壁设计问题,分灌注桩和空桩两种工况分别建立了力学分析模型,以护壁的抗拉强度和水平位移作为护壁失效的控制条件,结合桩间土受力模型,提出了预防窜孔问题的人工挖孔桩护壁设计方法。将本文提出的新的设计方法应用于实际工程,结果表明了本文方法的合理性,并根据实际应用结果提出了施工建议。研究成果对人工挖孔桩护壁的设计与施工安全有积极的指导和借鉴意义。     

基于双剪强度理论土拱效应的基坑支护桩间距分析

在分析桩间土拱效应形成机理的基础上,以圆形支护桩为研究对象,利用合理拱轴线和起拱点土体破坏面等几何特征,建立抛物线土拱分析模型,通过桩间土拱静力平衡条件和双剪强度理论来确定桩间距,推导出圆形支护桩的合理桩间距计算公式,桩间净距随桩后土体粘聚力或内摩擦角的增大而增大,却随着桩后主动土压力或中主应力参数m的增大而减小,且随着参数m的增大,桩后主动土压力是逐渐增大的.最后通过工程实例计算支护桩间距,并与有限元法和规范法计算结果进行比较,验证了基于双剪强度理论土拱效应的基坑支护桩间距计算结果的合理性和安全性.     

再论悬臂式抗滑桩合理桩间距的计算方法

为了进一步合理确定悬臂式抗滑桩桩间距,在对以往关于开挖边坡抗滑桩桩间距分析模型缺陷讨论的基础上,提出在抗滑桩桩后局部所形成的拱脚处,两侧土拱在此交汇形成的是倒梯形受压区。在计算确定悬臂式抗滑桩桩间距时,除满足桩间静力平衡条件、土拱跨中及拱脚处的强度条件等基本控制条件外,还需满足桩计算宽度条件、桩土变形协调条件等附加条件,得到了确定桩间净距的方程组,通过迭代试算可以求解。依托一工程实例,定量地说明了在其他因素不变的情况下,桩间净距随桩后土体黏聚力或内摩擦角的增大而非线性增大,且桩间净距受黏聚力的影响更为敏感,同时桩间净距随着桩后坡体推力的增大而呈非线性减小。所提出的方法除可用于黏性土外,还可用于无黏性土。     

考虑滑体法向应力突变的阻滑桩成拱效应研究

依据阻滑桩的受力特点,研究了桩间土拱效应的传力机理,分析指出桩间土拱效应是法向应力和拱脚剪切力共同作用而产生的土颗粒挤压变形现象,提出采用突变效应替代常用的桩-土承载比衡量桩间土拱效应的强度及作用范围更为直接可靠.模型桩推力试验结果和三维有限元模型计算表明,桩间水平土拱具一定的纵向效应,据此对比分析了阻滑桩三维与二维计算结果之间的异同,指出桩间土拱效应不仅受桩-土相对位移的影响,同时也受滑体自重应力和滑面摩擦效应的制约.运用二维模型重点研究了桩-土相对位移、桩间净距、推力荷载、土体抗剪强度对桩间土拱效应的影响,将所得规律与已有文献作了进一步地对比,继而总结了上述因素对拱效应的敏感度.     

基于桩土界面摩擦特性和桩周土体应力状态的基桩极限侧阻力分析

结合基桩承载过程中的桩周土体应力状态分析和桩土界面摩擦特性分析,推导出基于土体应力状态的沿桩土界面的土体抗剪强度计算模型和基于界面摩擦特性的界面抗剪强度计算模型。通过对比土体抗剪强度和界面抗剪强度,推导出受该两种强度耦合作用影响的极限侧阻力计算模型,并用上海某工程算例验证该模型的合理性和可行性,同时利用该模型分析不同类型的土的极限侧阻力随埋深的分布规律。结果显示：因内摩擦角和侧压力系数之间的不同关系,极限侧阻力随埋深表现出不同的分布特点,在特定关系下,存在一个临界深度,超过该深度极限侧阻力维持在一个稳定值甚至不断减小直至为零。     

滑动土体与邻近桩基相互作用的弹塑性解

基于Poulos理论和Winkler地基反力法,通过考虑关联性的土弹簧来模拟桩土相互作用,提出了滑动土体与邻近桩基相互作用的弹塑性解。将桩体在滑动面处分成被动和主动两部分,桩和周围土体相互作用通过p-δ和p-y曲线(p为桩身产生的压力,δ为桩-土相对位移,y为桩身位移)来模拟,采用侧向位移影响系数矩阵和巴氏模型分别考虑被动部分和主动部分土弹簧间的关联性,p-δ、p-y本构关系均采用理想弹塑性模型。工程算例分析表明,提出的方法与实测结果吻合较好,该方法应用于土体滑动条件下被动桩基的受力分析是可行的。     

桩-土界面倾角和含水率对抗滑桩的阻滑效应分析

为研究不同界面倾角及含水率对桩–土界面的阻滑效果,首先基于变倾角组合体三轴不固结不排水试验,比较了不同界面倾角和含水率条件下变倾角组合体破坏模式和抗剪强度的差异性,然后结合室内试验抗剪强度参数,通过数值模拟方法比较不同界面倾角和含水率对桩–土界面的阻滑效果,并基于塑性变形理论确定临界含水率wmax,最后依托工程案例对抗滑桩截面进行优化。结果表明：界面倾角和含水率是导致变倾角组合体破坏模式和抗剪强度差异的主要原因,当含水率较低时,适当增大倾角能提高组合体试样的抗剪强度;当土体含水率较小时,随着桩侧倾角的增大,桩–土界面阻滑效果呈现先增加后降低趋势,当桩侧土体含水率较高时,桩–土界面倾角越大,桩–土界面阻滑越小;当考虑桩间土拱效应时,适当增加抗滑桩桩背受压区三角形截面,作用在桩侧摩擦拱上的等效集中荷载最大可降低33%左右。相关研究成果对抗滑桩的设计具有借鉴意义。     

推力桩桩间土拱几何力学特性及桩间距的确定

从推力桩桩间土拱形成的机理和力学特性入手,根据桩间土拱的静力平衡以及拱脚处土体本身的强度条件,建立了相应的计算模型。得到了工程设计中的桩间距、拱厚与土拱拱高之间的方程组。在该方程组之中只要确定其一,其余二者便可相应求解。如假定的是土拱厚与土拱拱高中的一个,则得出桩间距与桩间土体的抗剪强度参数成递增的关系。就基坑工程土压力分布的特点,对其处理方法提出了建议。以工程实例对推导的桩间距计算公式进行了验证,结果表明：实际设计值与计算结果基本一致。     

桩板式抗滑挡墙地震响应的振动台试验研究

汶川地震路基震害调查表明,在顺层或堆积体边坡中的桩板式抗滑挡墙具有良好的抗震性能。为了更好地了解该结构的抗震性能和优化抗震设计方法,以大型振动台模型试验为手段对其进行研究。为明确地震作用下桩板式抗滑挡墙的地震响应特性,试验采用缩尺的卧龙台站实测地震波对模型激励。试验结果揭示了土压力沿桩身分布规律、桩体位移和边坡岩土体加速度的地震响应特征。研究表明,地震土压力沿桩身呈非线性分布,竖向地震荷载对水平加速度有放大效果。所以,双向加载时的地震土压力比水平单向加载时大,但二者差距在地震基本烈度VII、VIII度区域不显著。滑坡推力、滑床对桩的土体抗力和桩身位移均与输入地震动峰值加速度成正比,即随着地震动峰值加速度的增加,加速度放大比增大;滑动面材料剪切强度折减,滑坡推力、土体抗力和抗身位移均增大,且增大速率加快。此外,结合试验成果,建议了桩板式抗滑挡墙设计时地震综合影响系数Cz的合理取值,对应地震基本烈度VII、VIII、IX度区分别为0.2、0.35、0.4。试验结果有助于揭示该结构抗震机制,也为其抗震设计提供了可靠依据。     

黏结强度对异质土界面强度与变形特性影响试验研究

我国黄土高原地区黄土沉积覆盖于新近系三趾马红土之上,形成具有胶结的异质土界面。为研究黏结强度对黄土–三趾马红土界面抗剪强度与变形特性影响,开展其剪切力学试验研究,探讨界面间黏结强度对界面破坏模式、界面变形与抗剪强度特性影响规律。结果表明:(1) 有无界面黏结导致异质土界面试样破坏模式不同,界面黏结增大了试样沿界面间的滑动阻力,试样剪切破坏更趋于剪断模式,剪断面损伤程度也越高;(2) 异质土界面剪应力–剪应变曲线均呈应变软化型,有无界面黏结导致界面试样剪切变形特征不同,有界面黏结试样剪切破坏位移大,峰值强度后剪应力降低幅值大,试样脆性剪断破坏特征越显著;(3) 剪切过程中异质土界面产生明显的竖向剪胀变形,有界面黏结试样竖向剪切位移小,且其随界面粗糙度、法向应力变化幅值小;(4) 异质土界面抗剪强度呈非线性变化,界面黏结存在显著提升了界面试样抗剪强度。当异质土界面间粗糙度较低时,黏结强度对界面试样抗剪强度提升幅度大;当异质土界面间粗糙度高时,黏结强度对界面试样抗剪强度的提升幅度下降,此时界面抗剪强度主要受控于界面两侧土体抗剪强度。      

基于Hewlett理论的支护桩桩间距计算方法研究

基坑支护桩桩间距设计通常基于经验取值,并不考虑土拱的作用和桩间土的稳定性。基于Hewlett理论分析了基坑支护桩桩间土拱效应,并开展了对桩间土整体稳定性的研究,分别得出了满足两种稳定条件的桩身荷载分担比公式和桩间距公式。通过对设置在四种土质中的支护桩桩间土拱的计算分析发现：对于强度指标较高的黏土、粉土,桩宽比为0.5时,荷载分担比即达到100%,而对于强度指标较低的淤泥质黏土,桩宽比为0.8时,荷载分担比方达到100%;桩间土整体稳定性对于桩间距的要求较为宽松。对于常规桩径的支护桩,桩间距的设计应按土拱稳定为控制准则,但对于设置在内摩擦角较大而黏聚力较小土层中的大直径桩,应按桩间土整体稳定为控制准则     

考虑土拱效应的悬臂式抗滑桩最大桩间距确定

合理桩间距的确定是抗滑桩设计的重要内容之一。认为抗滑桩的抗滑能力主要来自桩身迎荷面的阻滑能力和桩侧的阻滑能力这两个方面。在假定抗滑桩这两方面的阻滑能力均充分发挥的基础上,从桩侧摩阻力与桩后土拱极限剪切作用厚度范围内的摩阻力与拱后滑坡推力之间的静力平衡条件出发,基于Mohr-Coulomb强度准则,简化摩阻力的分布形式,建立悬臂式抗滑桩桩间距的计算公式。在此基础上,进一步研究了滑坡体的黏聚力、滑坡推力及抗滑桩的截面尺寸等因素对桩间距的影响。参数分析结果表明：桩侧阻滑能力在整个抗滑桩的抗滑能力中占有重要比例,且主要受桩侧面宽度控制;滑坡土体的黏聚力、内摩擦角,桩截面宽度等因素对抗滑桩最大桩间距具有较大程度影响。     

冻结粉质黏土-桩基接触面剪切特性试验研究

在寒区工程中, 建筑物的冻拔病害和冻土-桩基接触面间的剪切特性密切相关。借助自制的试验模具, 采用压桩法对冻结粉质黏土中埋置的混凝土桩、 钢桩以及木桩进行了不同负温条件下的剪切试验。结果表明： 在负温下随着剪切位移的增加, 剪切力经历线性增长、 骤降的脆性破坏、 维持恒定三阶段。温度越低, 桩与冻土间的冰胶结力越大, 冻结强度越大, 残余强度越大, 破坏允许位移也越大。在-30 ℃时, 木桩与冻土间的冻结强度最大, 混凝土桩与冻土间的冻结强度次之, 钢桩与冻土间的冻结强度最小。混凝土桩、 钢桩对应的冻结强度及残余强度与温度的关系可用线性拟合, 木桩对应的冻结强度及残余强度与温度的关系可用二次多项式拟合, 三种桩的破坏允许位移与温度的关系均呈现线性规律。研究成果可为寒区结构物抗冻拔病害防治提供参考。     

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。     

抗滑桩处理路堤滑坡的数值模拟

采用数值模拟技术分析了抗滑桩处理路堤滑坡的作用机理。分析方法采用强度折减法,桩土相互作用采用0厚度的弹塑性接触面单元模拟。给出了桩间距、桩的位置对抗滑桩处理效果的影响以及各种情况下桩的性状,结果表明：最大安全系数时的桩的布置位置与滑动形式有关,对于路堤滑坡而言,布置于坡脚处可以满足安全要求;适当减小桩间距可以提高路堤的稳定性,有利于土拱效应的发挥。     

边坡桩-土相互作用的土拱力学模型与桩间距问题

桩-土相互作用机制是边坡抗滑桩设计需要考虑的重要因素之一。基于抗滑桩在侧向荷载作用下的受力条件,通过土力学和弹性力学的基本理论,导出了桩-土作用下桩后土体任意点的应力解析解,建立了土拱的力学模型;获得了土拱应力的等值线分布,得出了双曲拱、扩肩拱、马鞍拱和圆弧拱4种土拱形态,分析了不同桩间距、桩宽、桩后距离及土体力学特性对土拱效应的影响及其变化规律,阐明了土拱的作用机制。以拱体内土体破坏时的极限平衡状态为依据,基于Mohr-Coulomb抗剪强度理论建立了最大桩间距控制方程,并给出了具体的工程实例,对桩-土相互作用机制和抗滑桩设计理论研究具有一定的参考价值。     

深厚场地大型桥梁桩基础随机地震反应及可靠性分析

以苏通长江大桥主墩特大型群桩基础为研究背景,考虑地震动的不确定性,将地震激励作为平稳随机过程,采用随机地震反应分析方法,对深厚场地上群桩基础受上部桥墩荷载下的地震反应进行研究。土体动力非线性性能采用等效线性化方法考虑。由于桥墩惯性作用以及软土土层对桩身位移的约束作用,地震激励下桩身位移呈三角形分布。土体位移与土体和基础间距离有关,桥墩-桩-土相互作用对基础两侧1.5倍基础宽度的土体位移有较大影响。桩体内力反应结果表明,桩顶及桩身上部剪力及弯矩均较大,边桩剪力显著大于中间桩剪力。此外,基于强度破坏准则,对以桩身屈服剪力作为控制指标的群桩基础动力可靠性进行了分析。     

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。