门架式抗滑桩设计参数优化与桩体变形分析

近年来,因门架式抗滑桩具有较高的能效比,可以更为经济地实现有效加固,因而在大型滑坡地质灾害的治理中被广泛使用。门架式抗滑桩的设计参数选取是实际工程中的难点,因此本文采用数值模拟的方法对其设计参数的选取进行了优化研究。首先,对门架式抗滑桩的加固机理进行了阐述,详细分析了桩土的耦合作用。然后,基于加固后边坡稳定性的变化以及潜在滑移面的形态演变,对桩的设计参数进行了优化分析。在此基础上考虑到门架式抗滑桩的显著特点是在联系梁作用下桩体结构的受力协调,本文重点量化分析了分级堆载情况下门架式抗滑桩体结构的受力协调性,特别是利用荷载分担比来量化分析前后排桩的受力协调性,根据其在不同设计参数下的变化规律,得出桩体最佳桩间距和桩排距范围分别是3D~5D和3D~4D(D为桩径);最后,建立了最佳桩体设计参数条件下桩顶位移与堆载之间关系的指数函数方程。这一研究将为门式抗滑桩的设计与变形控制提供理论依据。     

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。     

双排门式抗滑桩的空间计算模型

滑坡推力大时单排抗滑桩不能产生良好的抗滑效果,而抵抗力大、桩顶位移小的双排门架式抗滑桩能有效地限制支挡结构的变形。目前的计算方法忽略了双排抗滑桩间联系梁和圈梁所起的变形协调及桩梁岩土间的相互作用,具有一定的局限性。针对这一问题,将双排门架式抗滑桩视为桩梁岩土共同作用的单层多跨框架结构,综合考虑桩间土拱效应、框梁及联系梁对双排门架式抗滑桩的空间协同作用,提出了桩梁土空间协同作用下的双排门架式抗滑桩受力模型;基于静力平衡及变形协调原理,建立了双排门架式抗滑桩受力模型的变形方程;采用有限元理论编制了双排门架式抗滑桩的有限元程序,计算内力和变形特性;最后在三峡库区防治工程中对研究成果进行了验证,计算结果及对比分析表明该模型符合于抗滑桩的特性。     

考虑桩间土体抗滑作用的单排抗滑桩受力计算方法

为了充分考虑桩间距范围内滑体对抗滑桩受力的影响,从单排抗滑桩加固边坡的整体稳定角度出发,在采用传递系数法分析指定设计安全系数情况下抗滑桩的内力时,提出对一个桩间距范围内的加固坡体进行整体分析,将抗滑桩所在部位单独划分条块,该条块包括桩体受荷段及其两侧桩间距范围内的滑体。推导了与此分析模型相应的桩体受荷段底端内力计算公式,并给出了在滑坡推力线性分布条件下作用于受荷段的净滑坡推力计算表达式。分析结果显示,在不考虑与完全考虑受荷段两侧桩间距范围内滑体抗力作用时,得到是桩体内力及位移的上、下边界值。实例分析进一步表明,理论分析与数值模拟结果具有良好的一致性。所提出的方法比传统方法更有利于抗滑桩设计的经济性。     

基于FLAC3D预应力锚拉桩作用机制和加固效果研究

运用数值模型试验方法,对预应力锚索抗滑桩治理后滑坡的加固效果进行分析和探讨。试验表明,FLAC3D数值模拟模型试验方法直观,且可以量化地评估加固前后滑坡和预应力锚索抗滑桩的变形特征,受力情况和计算滑坡体稳定性系数。加固后滑体的水平和垂直位移显著减小,滑体压力转移至桩体,稳定性系数大幅度提高。该方法适用于预应力锚索抗滑桩应用于滑坡的加固效果评价和加固机制分析     

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。     

抗滑桩裂纹控制荷载结构设计法及工程应用

抗滑桩与桥梁桩和普通侧向受荷桩结构设计的区别在于,抗滑桩容许"大位移"和"超配筋"。荷载结构计算法采用10mm为位移容许值,导致抗滑桩工程设计中不能充分发挥"大位移"的抗滑性能。本文结合钢筋混凝土受弯构件力学原理,引入抗滑桩裂缝控制准则,在荷载结构计算法的基础上,用裂纹控制准则替代桩顶水平位移容许值进行抗滑桩设计验算,可最大限度地挖掘抗滑桩的抗滑潜力;推导基于K法的抗滑桩设计验算方法的计算公式,阐述裂纹控制荷载结构法的原理、计算和设计流程;以十堰天水国家高速公路K593+850-K594+070滑坡治理工程为案列,分析了抗滑桩桩顶的水平位移组成和影响因素,并比较了传统设计法与本文阐述方法的优缺点。结果表明:桩顶水平位移主要由锚固段岩土体变形引起,位移由岩土体刚度决定,与桩体设计参数无关,优化桩体设计参数仅能限制由桩身弹塑性变形引起的桩顶水平位移。     

锚杆抗滑桩受力特性的光弹试验研究

针对锚杆抗滑桩的研究现状,设计了三种不同嵌固深度的锚杆抗滑桩,桩体及嵌固岩体以环氧树脂作为模型材料,进行了光弹试验,来研究嵌固在岩体中锚杆抗滑桩的受力特性。通过观测桩体及嵌固岩体的等差线条纹变化规律,以及测试锚杆拉力的变化,定性得出了抗滑桩桩体内力的分布规律、桩体的应力集中问题及出现位置和锚杆拉力的变化与桩体嵌固深度的关系等问题,这与普通抗滑桩的受力特性有很大不同。     

考虑空间协同作用框架式抗滑桩的计算方法

基于空间协同作用的框架式抗滑桩力学分析模型考虑了桩、梁、岩土之间的相互作用及桩间土拱效应, 运用空间协同分析机理对框架式抗滑桩结构的内力和变形规律进行分析, 较好的弥补了当前主要采用桩土效应对多排抗滑桩进行受力分析的局限性.根据框架式抗滑桩受力模型的基本假定, 采用分段计算方法, 以框架式抗滑桩的滑动面为分界将桩体结构分为两段, 综合运用土拱效应、平衡协调原理及弹性地基梁方法, 分别建立框架式抗滑桩上下部分的受力计算方程, 给出该模型受力计算的数学解析方程组求解法, 并采用MATLAB对方程组进行编程计算, 结合工程实例的实验结果进行对比分析该数学解析法的正确性.      

FLAC3D桩结构单元模拟抗滑桩参数取用探讨

FLAC3D桩(pile)结构单元具备模拟抗滑桩的潜力。桩结构单元参数众多,对桩结构单元主要参数进行了对比分析,为采用FLAC3D桩结构单元进行抗滑桩模拟提供参考。对比分析显示,桩结构单元的弹性模量对数值模拟结果基本无影响,耦合弹簧切向参数对抗滑桩加固边坡后的稳定系数影响甚微,对抗滑桩内力分布影响很小,而法向参数中黏聚力和摩擦角对抗滑桩模拟结果影响明显,参数取值越大,获得的边坡稳定性和抗滑桩最大剪力和最大弯矩均增加。在此基础上,基于传统的弹性地基梁法对比,给出了抗滑桩模拟时桩结构单元的参数取值建议。     

抗滑桩加固斜坡软弱地基路堤的数值模拟

在路堤荷载作用下,斜坡软弱地基易产生侧向变形过大、滑塌失稳等病害。路堤下坡脚处采用钢筋混凝土抗滑桩,以有效限制地基侧向变形,是斜坡软弱地基路堤的核心设计原则。采用三维快速拉格朗日有限差分法,经与室内土工离心模型试验成果对比、校核,建立抗滑桩加固斜坡软弱地基路堤的精细化数值分析模型,研究抗滑桩桩距、桩长、桩身弹性模量、桩身横截面尺寸及桩位等设计参数对其内力、变位的影响。研究表明：下坡脚处实施抗滑桩可显著约束斜坡软弱地基侧向变形;需综合考虑桩身受力、经济性、施工等因素确定合理的桩距;桩长应深入滑移面以下,但随着桩长的增长,加固效果增长不明显;随着桩身弹性模量、桩身横截面尺寸的增加,抗滑桩的加固效果得到一定提高;抗滑桩宜设置在下坡侧路堤边坡的中部。     

桩基负摩阻力时间效应试验研究

由于黏土固结缓慢,桩基负摩阻力存在明显的时间效应,然而目前相关研究仍显不足。设计实施了能实现桩顶加载及较大超载值的单桩及双桩负摩阻力模型试验,桩周土采用砂土和软黏土夹层,测定了模型桩身应力、桩顶位移以及土体分层沉降随固结时间的变化。试验结果显示,沉降、负摩阻力具有明显的时间效应。土表超载作用下土体沉降带动桩沉降,桩与土体的沉降均表现出早期快、后期慢的趋势。试验加载初期,黏土夹层处的负摩阻力略小于砂层,但随土体固结而增长,其基本变化规律与沉降相同。因桩端砂土层沉降稳定迅速,中性点随桩身沉降增长略呈上移趋势。此外,相同荷载作用下桩间距较小的双桩,由于下拉力较小,其沉降较小。试验条件下,3D桩间距的负摩阻力群桩效应系数在0.71～0.77之间,6D桩间距时不存在负摩阻力群桩效应。     

双排抗滑桩在三种典型滑坡的计算与受力规律分析

传统的抗滑桩计算方法存在很多问题,特别是双排抗滑桩更加无法计算,不能计算出作用在双排抗滑桩上的抗力和推力的分布规律,往往是凭借主观经验分析解决,常常会造成不合理的浪费。采用强度折减的有限元法,讨论了两排桩在3种不同类型滑坡中,在不同的折减系数下随排距的变化,两排桩的桩前抗力、桩后推力、实际承担推力等的变化规律,得出了一系列关于双排桩合理受力与设桩位置的建议。由于讨论了不同类型的情况,所以结论具有普遍性,能为工程设计提供依据。     

预应力锚索抗滑桩设计中确定锚索预应力值的一种方法

在现有预应力锚索抗滑桩设计中确定锚索预应力值的各种方法的基础上 ,考虑了预应力锚索抗滑桩在工作期间承受滑坡推力的变化 ,提出将锚索、桩及桩锚固段周围岩土作为一个整体根据长期作用荷载来进行锚索预应力值计算的方法 ,对于短期作用的最危险荷载则在锚索与桩的承载力设计中予以考虑。算例分析表明 ,该方法能使锚索桩长期处于较为有利的受力状态 ,从而提高了其安全余量     

地面超载条件下土体侧移模式及对邻近桩基影响分析

建立了三维数值模型,进行堆载-弹塑性地基-桩基共同作用有限元数值分析。在地面超载条件下,对自由场土体的侧向位移模式进行了探讨,得出了土体侧向变形规律。在此基础上,对堆载作用下邻近桩基的力学性状进行了分析,包括不同堆载大小、不同堆载距离和不同桩间距等情况下桩基的侧向变形和弯矩的变化规律。分析结果表明：随着堆载的增加,桩基的变形和弯矩都有显著的增长,桩基逐渐弯曲。在同样条件下,增加桩的刚度,桩身弯矩迅速减小,桩身刚度很大时,会发生整体侧移。桩间距和堆载距离对桩身弯矩和变形有重要影响,随着桩间距和堆载距离的增大,桩身的变形和弯矩都将减小。     

力法计算锚索抗滑桩内力分担比及其应用

锚索抗滑桩为常用的滑坡治理支护结构,抗滑桩锚固于滑动面以下岩土体中,锚索可视为多余约束,因此锚索抗滑桩为多次超静定结构。结构力学力法作为求解超静定结构的基本方法之一,以锚索拉力为基本未知量,综合考虑平衡条件、变形条件、物理条件求解锚索轴力,从而进一步确定锚索与抗滑桩各自分担的滑坡推力比例。文中以具体滑坡工程实例,采用力法求解锚索、抗滑桩结构内力,并建议锚索与抗滑桩的荷载分担比初步可按照30%～40%估算。     

抗滑桩加固边坡三维数值分析中的几个问题

就当前抗滑桩加固边坡三维数值分析中存在的几个问题,开展了有针对性的研究。利用考虑桩-土-边坡相互作用的强度折减有限元程序,结合典型边坡算例,深入探讨了抗滑桩-边坡体系的计算模型尺度、设桩位置、桩间距（S）与桩径（D）之比（S/D）、桩长与桩底接触模式等因素对边坡稳定安全系数及临界滑动面的影响,以及不同桩头约束下抗滑桩内力分布等。研究表明,单桩取半、单桩、双桩取半、双桩、单桩加双桩取半5种尺度计算模型所得边坡的安全系数并无差异,模型尺度为0.5S时的计算工作量最小;抗滑桩加固于边坡中部可获得最大的安全系数,坡顶或坡脚处安全系数略高于无桩状态,总体上其安全系数与设桩位置的变化曲线近似为一抛物曲线;边坡安全系数随S/D的增加而减小,其最优的比值宜为S/D =2～6,此时桩间存在土拱效应;均质土坡中抗滑桩锚固深度宜为2/5桩长;其结果可为抗滑桩工程设计及规范修订提供参考。