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。     

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。     

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。     

悬臂式抗滑桩模型试验研究

作为治理滑坡的重要手段之一的抗滑桩,由于岩土体介质的特殊性,桩后滑坡推力、土体抗力及桩身变形破坏模式与理论计算存在较大差异。通过悬臂式抗滑桩加固滑坡的模型试验,对滑体进行逐级加载,测得桩后滑坡推力、桩前土体抗力和桩体的应变,研究滑坡推力分布、土体抗力的变化情况、桩身变形破坏模式。试验结果表明,对于悬臂式抗滑桩可分为分离段和接触段两部分,滑坡推力逐渐向接触段集中;桩前土体抗力主要在桩前25 cm以上,随着深度增加,抗力逐渐减小;悬臂式抗滑桩为折断破坏形式,破坏点的位置在滑面以下25 cm处。模型破坏主要是由于桩前土体发生屈服,从而使桩顶部位移过大,致使桩身因折断破坏而失效,最终滑坡模型失稳。其结果可为实际工程提供借鉴。     

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。     

基于模型试验的桩间距对组合式钢管抗滑桩抗滑效果的影响分析

通过大型物理模型试验分别对3种不同桩间距组合式钢管抗滑桩治理滑坡的力学效应进行研究,对比分析桩顶位移、剪出口位移、桩身弯矩随荷载的变化规律和桩体、滑坡的破坏情况,讨论桩间距对组合式钢管抗滑桩抗滑效果的影响。试验结果表明,当桩间距由18.7 cm依次增大至23.5、28.0 cm,即由3.9d增大至4.9d、5.8d（d为小直径圆形钢管的外径）,同等荷载作用时桩顶水平位移、剪出口水平位移、桩身弯矩逐渐增大,但桩间距由3.9d增大至4.9d时,位移与弯矩的增大幅度远大于桩间距由4.9d增大至5.8d。建议在组合式钢管抗滑桩设计中,若滑坡推力较小,可适当增大桩间距至5.8d甚至更大;若滑坡推力较大,应适当减小桩间距至3.9d甚至更小。无论滑坡推力较大或者较小,桩间距为4.9d的组合式钢管抗滑桩治理滑坡的性价比均较低。     

全埋式抗滑桩倾覆破坏的室内模型试验研究

基于室内推桩模型试验研究全埋式抗滑桩的倾覆破坏及受力变形特征：在满足各试验相似关系的前提下,建立室内模型试验池,观察模型桩从受荷到倾覆破坏的全过程。布设土压力盒、钢筋应变片、混凝土应变片及百分表,采用多通道动态测试系统,对桩身应变、钢筋应变、桩顶位移与土压力进行全方位的动态监测,分析模型桩的受力特性。研究结果表明,在滑坡推力作用下,桩顶水平位移与荷载之间大致呈现三折线关系,而且在锚固深度不够的情况下,桩的破坏形式为整体的刚性转动（倾覆破坏）。对土压力监测结果以及反推的桩身弯矩表明,桩身土压力分布曲线表现为上下小、中间大的近似抛物线分布,桩身最大土压力出现在桩中部;各级荷载作用下,桩身最大弯矩值出现在滑面处,桩顶及桩底弯矩值较小。     

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。     

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。     

川藏公路某滑坡抗滑桩工程效果的有限元后评价

在对川藏公路二郎山k2730段Ⅰ# 滑坡及其抗滑结构现场调研的基础上,依据预应力锚索抗滑桩中桩土相互作用特征引入接触单元,并改进了PCEP2D有限元软件,将滑坡和抗滑桩结构相互作用作为整体,对桩体位移、桩身弯矩、锚固段桩体接触单元应力分布做了分析。与传统计算方法、实际监测资料进行对比,结果表明,该滑坡治理工程效果较好。     

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。     

底端嵌固桩与滑体相互作用的物理模型试验研究

抗滑桩与滑坡体的相互作用是一个复杂系统。利用专门设计的安置有光纤和电测器件的物理模型试验装置,通过改变抗滑桩的几何尺寸、布置间距以及滑体的滑移面角等有关参数,研究抗滑桩与滑坡体之间的相互作用,获得了在不同桩体几何尺寸、间距以及滑体滑移面角? 等参数情况下抗滑桩的受力状况和滑体作用在抗滑桩上的滑坡推力函数q（H）,进一步揭示了抗滑桩与滑体之间的相互作用机制。     

深厚软土中抗滑桩的修正悬臂桩计算方法

大面积堆填或开挖时深厚软土地层内部常产生较大滑移,这为该类地层中考虑桩土作用的抗滑桩分析带来较大困难。考虑深厚软土的滑移性状,针对既有悬臂桩法计算存在的问题进行修正,滑动面上部桩身受荷段的桩身荷载采用等腰三角形分布且极值点为极限侧土压力,设滑动面下部桩身锚固段上侧桩周软土为理想弹塑性以考虑软土大位移条件,下侧为弹性状态,并通过位移叠加原理对传统方法求解产生滑动面不连续的缺陷进行修正。通过现场桩侧堆载试验验证,修正悬臂桩法的弯矩和位移计算结果较好,桩顶位移误差小于3%,桩身最大弯矩误差小于10%。所提方法有助于深厚软土地层抗滑桩的设计和计算。     

锚索抗滑桩工程的优化设计研究

锚索抗滑桩与普通抗滑桩相比,其受力状态更加合理。本文通过建立合理的计算模型和计算简图,推导出锚索在桩身任意位置的计算公式,并编制程序实现弯矩和应力的计算,确定出最优的锚固角和最优的锚索位置,可以有效减小抗滑桩的弯矩,更加充分的发挥锚索的作用。文中最后结合延安宝塔山滑坡治理,给出了实际应用结果。     

基于有限差分原理的预应力锚索抗滑桩改进计算方法

针对现有预应力锚索抗滑桩计算模型及其相应计算理论存在的问题,基于有限差分法的原理,提出了改进的锚索桩计算模型并进行了详细的理论推导。根据实际的施工和受力过程,该模型包括预应力施加和滑坡推力作用两个阶段,通过滑坡推力分布形式的改进和桩锚协调变形方程的修正来真实反映预应力锚索抗滑桩的主动式受力特点。同时利用Matlab编制成相应的计算程序进行算例验证,并同目前普遍采用的计算理论进行对比分析。结果表明,该改进计算方法及其相应的计算程序充分考虑了预应力施加这一锚索桩特有的过程所带来的影响,且在计算中不必将锚索拉力等效为在桩顶处施加的剪力和弯矩。另外还可对桩前滑面以上存在任意厚度滑体和任意复杂地基条件的情况进行合理地设计计算,相对于目前已有的计算理论,该改进方法更加合理、可靠。     

滑体段采用m法模型的抗滑桩计算方法

在目前的抗滑桩设计计算方法中,多将抗滑桩与滑体间的作用力简化为已知荷载,而忽略了该力与桩位移直接相关的特点。对目前的计算模型进行了改进,采用m法模型模拟桩前滑体对桩的抗力,并分别对桩在滑面以上、以下的部分建立计算方程,应用幂级数法解得其位移及内力的表达式,再利用桩的上、下段在滑面处的变形协调条件,求得该截面的弯矩和剪力,最终得到整个桩的变形和内力以及桩、土之间的作用力。最后,分别应用该方法和有限元法对一算例进行计算,其结果吻合很好,证明了该方法的正确性。