基于FLAC3D预应力锚杆抗滑桩支护边坡地震响应分析

建立预应力锚杆抗滑桩支护边坡三维模型,通过坡面监测点分析地震作用下边坡坡面监测点位移、加速度响应以及地震过程中抗滑桩所受剪力与弯矩的受力规律。结果表明:地震作用下边坡坡面产生永久位移,最大水平位移发生在边坡中下部;与无支护边坡相比,预应力锚杆抗滑桩支护边坡能有效抑制坡面峰值加速度PGA放大系数。地震作用下抗滑桩随地震历时的增加受力不断变大,最后趋于稳定,其中剪力呈现倒"S"型,桩身弯矩呈现"S"型。研究结论对预应力锚杆抗滑桩支护边坡的抗震设计有一定参考价值。     

地震力作用下单排与双排桩支挡结构性状试验对比分析

桩板式挡土结构由抗滑桩发展而来,可用于一般地区、浸水地区和地震区的边坡工程支挡;对于地震区边坡,采用单排或双排支挡结构的形式及其支挡效果尚缺少深入研究。本文基于地震力作用下单排、双排桩板结构在不同加载等级时的桩身土压力、土体加速度、桩身位移等变化的振动台模型试验结果,对比采用单排、双排桩板结构边坡的支挡效果,得出静力状态和不同加速度峰值地震力作用桩前后土压力分布、桩后土体加速度分布和桩体位移的一些规律,为今后边坡桩板式支挡结构的抗震设计提供参考。     

岩层倾角对顺倾向边坡地震效应的影响

利用FLAC3D软件模拟地震作用下不同岩层倾角的顺倾向边坡,对比坡面峰值加速度放大系数、峰值位移、地震作用结束后坡体剪应变增量的变化规律,探讨岩层倾角对顺倾边坡地震效应的影响。研究表明:(1)在水平地震波作用下,坡面水平峰值加速度放大作用随岩层倾角增大而线性减小;(2)当岩层倾角小于软弱岩层内摩擦角时,坡面峰值位移较小且变化规律受岩层倾角影响不明显,当岩层倾角大于软弱岩层内摩擦角且小于30°时坡面峰值位移增大,大于60°时减小;(3)岩层倾角小于坡角时,残余剪应变增量最大值集中在坡面中下部软弱岩层处,反之,剪应变增量最大值出现在整个坡面并呈弧形区。     

基于FLAC3D路桥不稳定边坡治理工程的动力响应研究

抗滑桩广泛应用于边坡支护工程,但路桥不稳定边坡抗滑桩对其进行加固时,其在地震作用下的动力响应问题仍未定论。以道真至瓮安高速公路河槽大桥不稳定边坡治理工程为依托,以SIMQKE_GR软件拟合地震设计反应谱,利用FLAC3D有限差分软件建立数值模型,对比地震作用下抗滑桩等支挡结构设立与否对路桥不稳定边坡的动力响应变化规律的影响。结果表明:（1）加速度放大系数无论是沿坡内还是抗滑桩,其值沿竖向均存在一定的震荡变化,但在抗滑桩支护情况下,其震荡幅度明显变小,加速度放大系数变化更平稳。（2）速度放大系数随着高度的增加逐渐减小,未加抗滑桩时速度放大系数在顶层附近出现大幅度波动,添加了抗滑桩的情况下其震荡幅度明显趋缓,变化更稳定。（3）坡体在施加抗滑桩后,治理效果明显,残余位移最大值由无抗滑桩的16.9 cm变为有抗滑桩的1 cm,但最大值均位于边坡表层碎石土和粉质黏土附近。     

基于拟动力法的抗滑桩加固边坡地震稳定性分析

地震力作用下土质边坡动态稳定性研究对实际边坡工程有着重要的意义。采用拟动力法结合简化毕肖普法研究坡顶抗滑桩加固土质边坡在地震力作用下的动态稳定性。尽管拟静力法是目前处理地震力最为广泛的方法之一,但其局限性在于无法考虑地震力随时间变化且忽略了地震波在土体中的传播。而拟动力法采用正弦波模拟地震波在土中传播,并考虑地震波从坡脚传递到坡顶的相位差以及阻尼力对边坡稳定性的影响,通过边坡安全系数的变化揭示土质边坡在地震力作用下的稳定性变化规律。将得到的结果与拟静力法进行对比,突出了拟动力法的优势。最后,考虑水平地震加速度系数、加速度幅值放大系数以及土体内摩擦角对边坡稳定性的影响,以期对实际工程提供理论借鉴。     

桩-液化土相互作用p-y关系分析

基于多工况的桩-液化土体动力相互作用振动台试验,研究地震荷载作用下液化土层中桩土间侧向相互作用力p与桩身和土体间侧向相对位移y之间的关系。将试验得到的实际p-y曲线与采用拟静力法和以API规范为基础的折减系数法计算出的p-y曲线进行对比,结果表明:(1)液化土层中试验得到的桩真实p-y响应及由拟静力法和折减系数法得到的结果都呈非线性变化,三者极限状态有接近一致的趋势,但变化过程差异明显;(2)采用拟静力法和折减系数法都会使液化土层桩基础侧向反力迅速增长,很快达到屈服极限,远远超过实际情况,会导致相当保守的结果;(3)液化进程中控制桩p-y响应的是土体位移而非惯性力,因而拟静力法和折减系数法的原理不适合桩-液化土体动力相互作用分析,不能用于液化土层中桩基础地震响应的计算。     

地震作用下碎石土边坡的稳定性研究

为研究地震对碎石土边坡稳定性的影响机制,建立了楼房山隧道罐子沟端滑坡防治工程的数值计算模型,采用拟静力法,分析了不同地震水平加速度条件下边坡应力场、位移场、塑性区及剪应变增量的变化规律。研究结果表明,地震作用下,碎石土边坡的稳定性随着地震水平加速度的增加呈先缓慢减小后急剧减小的特征;边坡在地震作用下的破坏以受压破坏为主。     

地震区跨活动断层桥梁桩基动力时程响应分析

为了研究强震区桥梁跨活动断层时,桩基在地震中的动力响应,以海文大桥为工程背景,利用Midas GTS有限元软件建立其强震区桩-海床岩土体-断层耦合作用的数值模型,研究不同强度(0.20g～0.60g)的50年超越概率为10%的地震波(后文简称5010地震波)作用下,桥梁桩基加速度、位移、弯矩及剪力的动力时程响应特性。结果表明：上部大厚度松散土体对桩身加速度有放大及滤波作用,而基岩对桩身加速度几乎不产生作用;断层上、下盘桩基础的桩顶水平位移随输入地震动强度的增大而增大,但达到振幅的时刻一致;上、下盘桩基础桩顶竖向位移时程响应都在50 s以后产生永久沉降;桩身最大弯矩截面处时程响应均在40 s以后产生永久弯矩;应重点考虑上部覆盖层软硬土体界面和基岩界面的抗弯承载力设计,及桩顶和基岩面附近的抗剪承载力设计;上盘桩基础按桩身加速度、弯矩、桩顶水平位移等动参数控制设计,下盘桩基础按动剪应力控制设计。     

桩身轴向应变的连续监测法

静力试桩中桩身轴向应变是分析荷载传递机理的基础。滑动测微计可连续地测定桩身每米内的平均应变,通过荷载-应变关系曲线可较准确地计算轴向力、摩阻力、端阻力、负摩阻力;水平试桩时安装二条测管可准确地推算挠度曲线、最大弯矩点,临界荷载、极限荷载等桩基设计的主要参数,还可全面地评价桩身质量。该仪器不仅可用于各类试桩,还可用于各类岩土工程的现场位移监测。     

群桩-土-墩柱相互作用体系抗震性能试验及数值模拟研究

为进一步研究土-结构相互作用(SSI)体系的抗震性能,以1∶4比例尺桥梁墩柱模型为试验对象,考虑土-结构相互作用,通过拟静力试验观察了试验现象,得到了模型滞回曲线、耗能能力等数据。通过有限元软件ABAQUS建立了与试验情况相同的有限元模型,并分析计算。建模分析结果与试验结果一致,在此基础上,以本模型为对象进行了地震反应时程分析,得到了不同地基条件下的位移时程曲线及桩身应力、桩身位移响应曲线,并用m法对比计算桩的位移响应曲线。分析结果表明:不同地基条件下群桩-土-刚度较大墩柱结构体系破坏形式不同;在地震作用下,短桩基础在桩的中段处应力达到最大值,有必要在此处予以加强;在地震作用较大时,m法计算的桩顶位移偏小,且m法无法计入群桩效应,可能导致群桩基础内力的计算偏于不安全,建议予以重视。     

基于振动台试验的纯黄土边坡动力响应研究

黄土地区地震岩土灾害严重,本文以兰州新区一纯黄土边坡为原型,开展了大型振动台模型试验,研究纯黄土边坡在地震荷载作用下的动力响应规律与破坏机制。结果表明:与其他岩性或土性的边坡一样,纯黄土边坡表层加速度放大效应明显,在坡肩附近达到最大,呈现出高程效应即随高程的增加放大效应增强,同时放大效应也会随地震烈度的增加而增强,当烈度达到600 gal时,坡肩处放大系数最大为2.06;边坡表层土压力远小于与其同一高程的内部土压力,表层变化规律基本一致且随地震动的增加数值相差不大,在临空面上,坡脚附近土压力为最大,其值在0.7~0.75 kPa;随地震烈度的增加,边坡表面裂纹逐步由细小短裂缝演变为横向贯穿的深裂缝,在坡肩附近尤为显著,试验中,最大沉降约10 cm,坡肩最大水平位移为5~8 cm,模型边坡最终发生拉裂滑移式破坏。该研究结果可为纯黄土边坡在地震荷载作用下的稳定性研究提供一定参考。     

强震作用下核电厂顺层软岩高边坡组合支挡结构抗震性能研究

在综述国内核电厂高边坡案例研究进展的基础上,以某核电厂含泥化夹层顺层软岩高边坡为例,探讨应用多种方法综合分析其在地震作用下的动态放大效应、抗震性能和加固效果的分析思路。首先,基于典型二维计算剖面,采用拟静力法对边坡进行初步加固设计;然后,基于振动台试验和数值计算,研究边坡动态放大效应、支挡结构的动力响应和抗震性能,探讨边坡抗震参数优化取值。研究结果表明:(1)原位边坡坡面的加速度放大系数随高度增加而增大,且泥化夹层饱水后的放大系数要大于饱水前,水平向最大值为1.90;(2)加固后边坡动态放大系数显著降低,水平最大放大系数为1.31,垂直向基本为1.0,锚索抗滑桩以下边坡基本不存在放大效应,说明软岩高边坡采用锚索抗滑桩和锚索框架抗震性能较好;(3)PGA=0.21g时,边坡整体抗震性能较好,仅最顶部锚杆和中部锚索受力超过设计锚固力,分别超过设计值的20%和5%,适当加强即可;(4)数值计算得到的加速度放大系数分布规律与振动台试验结果较为一致,且两者得到的坡顶加速度放大系数也十分接近。研究成果可为核电厂软岩高陡边坡抗震安全评价和工程设计提供技术支持。     

Shaking Table Tests on Bridge Foundation Reinforced by Anti-slide Piles on Slope

Based on the requirement of seismic reinforcement of bridge foundation on slope in the Chengdu-Lanzhou railway project, a shaking table model test of anti-slide pile protecting bridge foundation in landslide section is designed and completed. By applying Wenchuan seismic waves with different acceleration peaks, the stress and deformation characteristics of bridge pile foundation and anti-slide pile are analyzed, and the failure mode is discussed. Results show that the dynamic response of bridge pile and anti-slide pile are affected by the peak value of seismic acceleration of earthquake, with which the stress and deformation of the structure increase. The maximum dynamic earth pressure and the moment of anti-slide piles are located near the sliding surface, while that of bridge piles are located at the top of the pile. Based on the dynamic response of structure, local reinforcement needs to be carried out to meet the requirement of the seismic design. The PGA amplification factor of the surface is greater than the inside, and it decreases with the increase of the input seismic acceleration peak. When the slope failure occurs, the tension cracks are mainly produced in the shallow sliding zone and the coarse particles at the foot of the slope are accumulated.     

地震作用下高路堑黄土边坡细观力学研究

为研究地震时高路堑黄土边坡破坏的细观力学过程,以黄土地区某高速公路边坡为例,在野外工程地质勘察和室内试验基础上,用强度折减法对开挖后的高路堑黄土边坡的初始状态进行分析,进而对该高路堑边坡采用PFC2D建立数值计算模型,模拟边坡地震响应全过程;通过分析地震响应过程中颗粒的位移、配位数、孔隙率、应力和应变率等关键要素,从细观层面揭示边坡的失稳过程。结果显示,通过该方法能够再现地震作用下滑坡的细观物理力学过程,涵盖了边坡的破坏模式和破坏过程,以及应力应变等时空演化规律。研究结果对于认识地震作用下高路堑黄土边坡的破坏机理具有重要意义。     

基于FLAC^3D的锚索抗滑桩滑坡推力分布规律研究

采用FLAC^3D建立了预应力锚索桩板墙结构的三维数值模型,结合有限元强度折减法分析了不同预应力作用下锚索桩滑坡推力的分布规律,并通过改变桩后岩土体的弹性模量及性质、锚索的设置位置以及边坡强度安全储备系数等参数,对锚索桩滑坡推力的分布规律进行了系统的研究。结果表明,在地质条件不变的情况下,随着锚索预应力的增大,桩后滑坡推力的分布图形逐渐由梯形向矩形变化;预应力对桩后滑坡推力分布的影响,取决于其与桩背总桩土相互作用力的相对大小,而不是其绝对大小。说明预应力的大小是影响桩后推力分布形式的一个非常重要的因素,照搬普通抗滑桩固定不变的推力分布形式对锚索桩进行设计,显然是不合理的。     

常见边坡支护形式的地震稳定性对比分析

为了对比分析抗滑桩、抗滑桩加预应力锚索、格构梁加预应力锚索这3种边坡支护形式的地震稳定性,建立了相应的数值模型进行计算分析。计算结果显示:3种支护形式在地震作用后,边坡变形及稳定性系数的衰减幅度基本一致,其中格构梁加预应力锚索的衰减程度略弱,从结构受力放大倍数来看,抗滑桩支护形式的结构受力放大程度明显高于其余2种支护形式。计算结果还显示预应力锚索不仅能够提高边坡的稳定性,而且能够抑制支护结构内力的放大,从而提高支护结构的安全性能。