抗滑桩治理的土体局部稳定性计算

本文是“芜湖青弋江骨坡的抗滑桩治理设计”一文的续文。文中提出抗滑桩设计中还应考虑的二个土体局部稳定性问题及其计算方法：桩间土下滑稳定及桩顶斜坡抗滑稳定。前者采用潘家锋根据杨森(Janssen)理论提出的公式及沈珠江根据极限平衡理论提出的公式计算，后者根据斜坡地质条件采用泰勒(Taylor)曲线计算坡脚圆滑动及半晓普(Bishop)理论计算复合滑动面的滑动。     

基于抗滑承载力的单排抗滑桩最大桩间距计算方法

目前关于抗滑桩最大桩间距的研究都是基于桩间土拱效应,不同计算方法之间的结果区别较大,更重要的是当滑体黏聚力c=0时,其桩间距计算结果也等于0,这显然与实际不符。在利用抗滑桩斜截面受剪承载力计算其最大抗滑承载力的基础上,根据极限状态下单根桩的最大抗滑承载力恰好等于桩间距范围内滑坡的剩余推力,推导了基于抗滑桩斜截面受剪承载力的最大桩间距计算公式,并用工程实例验证了其合理性。结果表明,当抗滑桩的截面尺寸确定以后,最大桩间距与设桩处的滑坡剩余推力成反比,滑坡剩余推力越大,桩间距越小,反之亦然。本方法计算简便,利于推广。     

考虑土拱效应的抗滑桩桩间挡土板压力计算方法

为合理计算抗滑桩桩间挡土板的内力与变形,采用弹性力学理论分析了桩间土拱效应,计算确定出土拱的平面形态呈中间凸起而两侧略微凹陷的曲线特征,在此基础上,引入Drucker-Prager强度准则以考虑中间主应力影响分析三维土拱效应,通过桩间土体的屈服函数分析确定了沿竖向变化的水平土拱矢高,进而计算出因桩间局部塌落拱的产生而作用于挡土板上的土压力,并按空间土压力分布模式与矩形简支板模型计算挡土板。实例分析结果表明,本文方法和数值模拟得到的沿深度方向土拱矢高值较为接近;本文方法与规范方法计算得到的板体最大弯矩值相近,其误差不超过3%。     

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。     

嵌固段顶部拓宽型抗滑桩计算方法

针对边坡工程中可能出现的普通抗滑桩嵌固段顶端前侧地层抗力不足的问题,提出嵌固段顶部拓宽型抗滑桩结构。基于水平受荷的弹性地基梁模型,推导滑床为多层岩土体的嵌固段顶部拓宽型桩的内力、位移、地层反力计算公式。实例分析表明,当桩体局部拓宽宽度为原桩宽度2倍时,嵌固段顶端地层反力可减小约25%,桩体最大弯矩及剪力减少5%～10%。讨论了拓宽宽度与深度、桩体嵌固深度、桩间距等主要因素对拓宽型桩内力与位移的影响,结果显示：普通桩经嵌固段顶部拓宽后,桩身水平位移与嵌固段顶端前侧地层反力显著降低;拓宽宽度与深度、嵌固段深度的增加均能增强拓宽型抗滑桩的水平承载能力,但当拓宽宽度达到原桩2倍、拓宽深度超过嵌固段深度40%后,继续拓宽对桩体水平承载能力的增加效果不显著。     

基于拱效应的边坡抗滑桩桩间距计算

基于桩间土的斜拱效应,考虑边坡的倾角对抗滑桩桩间距的影响,并以此建立计算模型。首先在假定土拱的轴线为抛物线的基础上,根据水平面、竖直面内的静力平衡条件和强度条件,推导出桩间距的计算公式,分别得到了相应的合理桩间距计算方法。其次通过具体工程实例,阐述考虑边坡倾角情况下抗滑桩桩间距的计算过程,得到了比较合理的计算结果,并分析了桩间距与土体内摩擦角以及桩间距与坡面倾角之间的关系。分析结果表明,在其他因素不变的情况下,桩间距随桩后土体的内摩擦角增大而增大,随边坡倾角增大先增大后减小。     

桩前预留土体对抗滑桩影响的分析与计算研究

本文在前人研究的基础上对桩前土体需要开挖的抗滑桩提出了一种新的计算方法,即似m法。文中将单排抗滑桩分为三类:第一类为桩前土体不开挖,但与抗滑桩分离形成桩后缝隙;第二类为桩前土体不开挖,但与抗滑桩相贴且有抵挡抗滑桩的作用;第三类为桩前土体需要开挖,并对各类抗滑桩给出了相应的设计计算方法。对于第一类抗滑桩可用本文改进的m法和有限线单元法计算;对于第二类抗滑桩考虑桩前抗力值大小后也可用本文改进的m法和有限单元法计算;对于第三类抗滑桩可用本文提出的似m法和改进的有限线单元法计算。通过与实际工程测量值对比分析,得出结论:在抗滑桩工程中对桩的钢筋受力进行实测以推断桩的受力性能,弥补滑坡推力及桩前抗力勘测、分析、计算值可靠性差的弱点。该方法与二维、三维有限元法相比,具有计算方法简单、可靠的特点,值得广泛应用和发展。     

渗流与抗滑桩的抗滑稳定性分析

在分析滑坡体水力条件的基础上,指出由于抗滑桩的施工,滑坡体的自然排水通道受阻,导致边坡地下水位的抬高,因而可能会对滑坡体构成新的威胁;讨论了抗滑桩对滑坡体的渗透性影响与滑坡体在抗滑桩作用下的稳定性分析,同时给出了简化条件下抗滑桩桩体部位的渗透系数计算方法。某水利枢纽工程利用抗滑桩和混凝土挡墙加固滑坡体,稳定性计算结果表明抗滑桩的阻渗作用对于滑坡体的稳定性具有较大影响,有必要对坡面坡体进行合理的疏排水处理。     

基于有限元强度折减法的复式抗滑桩内力计算及桩土作用机理分析

在边坡、滑坡防治工程中已得到广泛应用的П形、h形等复合式抗滑桩,由于其多属于复杂的超静定结构,受力形式或荷载分配方式仍存在较大争议,桩土相互作用关系复杂,传统方法在求解其内力时往往面临较大困难。有限单元法和强度折减法的结合为解决这类问题提供了一条可行的途径,该方法求解这一类问题时不需要假定抗滑桩系统的结构类型以及岩土体作用在抗滑桩上的荷载分布形式,因此获得的计算结果往往更符合实际情况。本文以某隧道进口岸坡的П形抗滑桩为例,在详细分析岸坡稳定性状况以及可能失稳模式的基础上,采用有限元强度折减法对桩身内力、桩土作用关系以及治理效果进行计算和分析,结果表明利用有限元强度折减法求解这类具有复杂超静定结构抗滑桩系统的内力是一条有效的途径,计算结果对该治理工程的设计具有一定的应用参考意义。     

考虑滑床复合倾斜岩体综合地基系数的抗滑桩受力特征研究

在抗滑桩内力与变形计算中,当前理论分析多将滑床岩体等效成均质体或水平的非均质体,而三峡库区大部分滑床多为复合倾斜岩体。通过3DEC数值试验,研究了抗滑桩的有效影响范围与桩截面宽度、深度的关系,确定了抗滑桩有效影响范围的上、下限;利用面积等效,在桩的有效影响范围内提出了滑床复合倾斜岩体综合地基系数K_(Zi)的公式;推导了基于K_(Zi)的弹性抗滑桩嵌固段受力特征研究的计算公式并编写了MATLAB计算程序。以马家沟滑坡为例,采用等效法、水平层状地基系数法和基于K_(Zi)的计算方法分别进行了抗滑桩嵌固段内力、位移的计算。结果表明,基于K_(Zi)的计算方法与水平层状地基系数法相比,滑面处位移增大14.6%,内力相差较小;同时,基于K_(Zi)的计算方法根据滑动面处的位移反求桩顶的位移与现场监测位移较为接近,而利用传统方法计算位移偏小,设计偏于危险。该方法可为复合倾斜岩体地区的抗滑桩设计提供理论支撑。     

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。     

A calculation method for the embedded depth of stabilizing piles in reinforced slopes

Embedded stabilizing piles are a significant optimization measure for traditional piles used to reinforce slopes or landslides. The determination of the embedded depth of the pile top is essential for engineering design. On the basis of the potential overtop-sliding failure mechanism for a piled slope, the corresponding overall slip surface is assumed to consist of the upper part from the original slip surface of the landslide, and the lower part occurs in the local slide mass upslope of the piles. The imbalanced thrust force method is used to determine the thrust force of the upper slide mass, and a variational calculus method within the framework of limit equilibrium for the lower slide mass is provided to calculate its limit resistance. According to the equilibrium relationship between the thrust force and the limit resistance under a design factor of safety of the piled slope, a closed-form solution to the piled-slope stability is specifically derived. It can quantitatively exhibit the influences of some important factors, including the embedded depth on the factor of safety and the corresponding slip surface of the slope. The analysis results of some practical examples show that the factor of safety decreases nonlinearly as the embedded depth increases. The proposed method can be applied in practical engineering.     

双排抗滑桩上滑坡推力近似解析方法

双排抗滑桩是加固大型滑坡的常用工程措施之一,在实际工程设计计算中的关键环节在于简单且合理地确定作用于前后排桩上的滑坡推力。将抗滑桩受荷段前侧坡体视为水平向的温克勒（Winkler）地基,基于弹性地基梁模型,并充分考虑桩体受荷段与锚固段的变形连续性,通过迭代算法确定出后排抗滑桩受荷段前侧坡体抗力,进而可对排间坡体采用传递系数法计算出前排桩桩后滑坡推力,给出了相关的理论计算公式。通过室内模型试验验证了所提方法的合理性,并针对一大型基覆式滑坡实例,具体计算出了前后排桩上的设计滑坡推力荷载。所提计算方法可为实际工程的简化设计提供参考。     

门架式双排抗滑桩设计计算新模式

门架式双排抗滑桩是一种新型的支挡结构。这种结构具有较大的刚度,可以有效地限制支挡结构的变形,具有桩顶位移小,抵抗力大的特点。但其受力机理复杂,前、后排桩间土对结构的作用很难确定。针对这一问题,提出了一个新的计算模式：将前、后排桩及中间连系梁和桩间土视为一个整体;前排桩和后排桩受到的地基土的抗力简化为弹性支承,提出了桩间土对前排桩的作用模式和作用力计算分析模型,认为前排桩不仅受到桩间土的主动土压力作用,而且受到由于桩间土的挤压作用而产生的附加土压力的作用; 其主动土压力 与单排桩所受到的主动土压力 之比是桩间距与桩宽(桩径)之比的二次抛物线函数;而附加土压力 可由半平面体在边界上受法向分布力的解析解[1]求得;而桩间土对后排桩的作用按照弹性支承考虑。最后,采用有限元理论和Winkler弹性地基梁方法建立了求解门架式双排抗滑桩内力的力学模型,并应用于某供水工程的边坡加固中。计算结果表明：该种计算分析模式是合理可行的,具有一定的推广应用价值。     

抗滑桩全桩计算的有限差分法

有限差分法求解分析抗滑桩(或预应力锚索抗滑桩)常采用Winkle弹性地基梁法。在对有限差分法分析的基础上,文章改进了有限差分法求解抗滑桩全桩内力和变形的计算方法。对全桩整体采用有限差分方法求解其内力,避免了将桩身分为受荷段和锚固段及利用滑面处连续条件求解的复杂过程。该方法对滑坡推力与地基系数取值,可依据实际情况假定为广义形式来模拟土体对抗滑桩的作用工况。能很好地求解预应力锚索作用于桩身或桩身设多道锚索工况下的锚索拉力值。并利用Excel对该方法编程,能便捷地计算抗滑桩内力。分析计算结果,当差分节点单元长度适当时,计算结果能够较好地满足工程应用。对比有限元计算分析结果,相同节点单元长度下两者计算相差较小,且节点长度越小,越接近有限元结果。     

考虑土拱效应的疏排桩支护基坑内力和变形分析

采用同济大学中型岩土离心机进行了2组疏排桩支护基坑的离心机模型试验,结合三维有限元数值分析探讨了采用规范方法计算疏排桩支护基坑桩身内力与变形的适宜性,并提出了考虑土拱效应的疏排桩支护基坑桩侧土压力的理论计算方法,最后建立了考虑土拱效应的疏排桩支护基坑桩身内力和变形的计算模型。研究结果表明：对于桩间距与桩径之比为2、3和8的疏排桩支护基坑,桩间土体无法形成土拱效应;对于桩间距与桩径之比为4～7的疏排桩支护基坑,桩间土拱效应明显;规范法计算得到桩身内力与变形结果要比离心机试验结果偏大,与规范方法相比,采用文中提出的计算方法计算疏排桩支护基坑桩身内力与变形更为合理。     

施工期间人工挖孔桩桩间土稳定性分析

为预防人工挖孔桩窜孔,探讨了桩间土失稳机制,分析了桩间土失稳时的位移特征,建立了桩间土稳定性分析的力学模型,推导了桩间土稳定系数及安全桩净距的计算公式,提出了窜孔防治措施建议。结果表明,桩间土失稳时,滑动土体位移平行于桩心连线,其宽度等于两桩桩径较小值;桩间土稳定系数与滑动土体宽度及埋深成反比,与桩净距成正比,随滑动层的抗剪强度及残余抗剪强度增大而增大,而滑动层厚度则存在一个最不利值,可通过试算确定;控制桩孔间的混凝土面高差、增大桩孔开挖净距、加强护壁,减少桩间土的扰动等是防治窜孔的有效措施。工程实例表明,桩间土稳定性评价方法合理、实用,可为黏性土场地的人工挖孔桩施工提供参考。     

考虑土拱效应的黏性填土排桩桩后土压力研究

研究了考虑土拱效应的黏性填土排桩桩后总土压力的计算方法。以黏性填土的单排支护桩为研究对象,将考虑土拱效应的桩后总土压力分为直接土压力和间接土压力。首先,针对已有土压力计算方法的不足,借鉴并改进了挡土墙的主应力旋转理论,认为主应力旋转后大小会发生改变,通过对土拱单元的应力分析和平衡微分方程的求解,推导出了黏性填土排桩桩后直接土压力的解析式,并将计算结果与前人的解析解和试验数据进行对比,表明改进后的方法与实测数据更加吻合。然后,将改进后的方法应用在黏性土间接土压力的分析中,通过将间接土压力看作是由桩间土体滑裂面上的剪应力沿滑裂面的积分,推导出考虑水平土拱效应的桩后间接土压力和总土压力解析式。最后,探究了总土压力随黏聚力和桩土摩擦角的变化规律,结果表明,土拱效应主要影响桩体H/3深度以下部分,使该部分土压力减小,且越靠近桩底,减小速率越大。该研究可为排桩结构的合理设计提供依据。