预应力锚索抗滑桩工程效果的数值计算评价

针对目前桩土接触问题及滑坡治理后预应力锚索抗滑桩的受力效果进行评价研究成果还很少,结合现场勘查与工程设计,根据预应力锚索抗滑桩中桩土相互作用特征,引入接触单元并编制有限元程序进行计算。根据抗滑桩锚固段的受力分布、桩体弯矩、位移及预应力因素对预应力锚索抗滑桩抗滑效果进行评价,提出预应力锚索抗滑桩的最佳预应力值,对工程设计具有一定的指导意义。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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.      

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。     

抗滑桩锚固段岩体的破坏模式及其有限元分析

基于抗滑桩设计计算以及嵌岩抗滑桩在西南地区广泛应用的现状,作者结合岩石强度理论和有限单元法为基础,着重分析了桩体锚固段岩体的受力特点和变形破坏模式,指出桩间距对岩体屈服变形和破坏模式存在一定的影响,其结论对嵌岩抗滑桩的设计有一定的参考价值.     

三峡水库水位波动条件下滑坡抗滑工程效果的数值研究

抗滑桩是三峡库区滑坡治理工程中常用的措施,在三峡水库长期的周期性水位波动条件下,抗滑桩工程效果如何,即是否能够保证滑坡的整体稳定,是目前迫切需要研究的重要课题。选择三峡库区巴东县新县城的谭家坪滑坡次级滑坡-白水沟滑坡为研究对象,在分析工程地质条件和设计资料的基础上,建立二维有限元计算模型,选择合理的岩土力学参数和桩计算参数;利用ANSYS 软件,依据不同的模拟方案,分别模拟分析了滑坡在仅考虑自重、自重加暴雨在水位变化条件下的变形和稳定性状况以及抗滑桩的工程效果,即滑坡在设桩条件下的变形和稳定情况。结果表明：①白水沟滑坡破坏机理为牵引式。在暴雨和水位下降条件下,滑坡稳定性降低;周期性水位变化后,滑坡稳定性逐步下降,最终失稳;②依据自重和暴雨工况,考虑175 m降至145 m水位进行的抗滑桩设计,起到了明显的抗滑效果。③周期性水位波动后,滑坡变形破坏逐步加剧,说明抗滑桩虽然起到了的抗滑作用,但阻滑效果逐步下降。因此,在滑坡抗滑工程设计时应考虑该因素的影响,适当提高安全储备。     

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。     

抗滑桩预加固边坡的能量分析方法

基于强度折减技术和岩土塑性极限分析理论,考虑抗滑桩预加固岩土边坡的加固效应,从功能平衡原理探讨了岩土边坡抗滑桩加固位置、桩长和多抗滑桩共同加固边坡的分析方法。假定机动容许的对数螺旋线速度机构,推导了抗滑桩预加固边坡稳定性安全系数的计算表达式。采用内点迭代方法对安全系数目标函数进行能量耗散最小化意义上的优化计算,算例对比验证了方法和程序的正确性。分析了单抗滑桩加固措施条件下的边坡局部稳定性特性,并由此推导了多抗滑桩加固边坡的稳定性分析算式。研究表明,抗滑桩设置位置改变对边坡安全系数、临界滑裂面位置和桩长均有显著影响,抗滑桩加固边坡的最优设置位置应位于边坡中下部区域     

基于能量损失的抗滑桩损伤模型及其应用

抗滑桩承受荷载的过程伴随着桩身结构的损伤累积,为了获得抗滑桩损伤演化情况,基于Najar损伤理论推导了随应变变化的损伤因子表达式,建立了抗滑桩受拉、压荷载作用下的混凝土损伤模型。将该损伤模型嵌入至Abaqus/CAE模拟程序自带的混凝土塑性损伤模型中,分析了二郎山1#滑坡抗滑桩损伤情况,得出如下结论,采用文中构建的拉、压损伤模型模拟得出的桩顶水平位移为30.3cm,与现场观测的桩后裂缝宽度数据相吻合,得出滑坡推力增大是导致二郎山1#滑坡抗滑桩产生大变形的直接原因;抗滑桩在产生大位移过程中受压损伤值较小,桩身未发生压破坏;抗滑桩在产生大位移过程中靠近滑坡一侧滑面位置的拉损伤较为严重,并产生了拉破坏,损伤区域达到截面面积的3/4,是抗滑桩工程修复亟需关注的位置。      

桩锚结构预应力的变形协调确定方法

目前,对于如何确定桩锚结构锚索预应力并没有统一的理论,通过对现有的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分析研究,提出了一种确定预应力的方法,即把锚索、抗滑桩与周围的岩土体作为一个整体,根据长期作用荷载找出使桩身受力较为合理情况下的锚索总拉力,即桩身正负弯矩基本相等时锚索上的拉力,充分考虑桩锚协调变形条件进行锚索预应力的计算,并以某高速公路互通区一滑坡为例,与其他方法进行对比分析,证明所提出的方法在桩身受力方面更为合理,能更好地发挥桩锚结构体系的作用。     

考虑竖向摩阻力的抗滑桩嵌固段内力计算

抗滑桩变形过程中产生的竖向摩阻力可以形成反力矩,有助于抵抗滑坡推力,现对竖向摩阻力对抗滑桩嵌固段内力及变形的影响进行研究。在弹性地基系数法K法和小变形假设的基础上,假定竖向摩阻力与桩岩相对位移成正比,建立考虑竖向摩阻力的抗滑桩受力模型及其挠曲变形微分方程,并推导其求解过程。通过马家沟Ⅰ号滑坡抗滑桩实例计算,分析了竖向摩阻力对抗滑桩内力及变形计算的影响。竖向摩阻力形成的反力矩能减小抗滑桩的变形及内力,对抗滑桩剪力的影响最大,水平位移次之,对弯矩影响最小。考虑竖向摩阻力的抗滑桩计算模型能改善目前抗滑桩设计中剪力计算过大的问题,使抗滑桩设计更为合理。     

基于BOTDR的滑坡抗滑桩工作状态评价及分析

针对传统感测技术存在的问题,本文采用BOTDR分布式光纤感测技术对马家沟滑坡抗滑桩变形进行长期监测分析。在BOTDR监测数据的基础上,对抗滑桩内力进行反演分析,然后与抗滑桩理论设计值进行对比,从抗滑桩内力分布状态及外在环境影响因素两方面对抗滑桩稳定性进行了分析和评价,结果表明:马家沟滑坡在距地表 19m和27 m深度处存在两条滑动面;2015年3月之前,马家沟滑坡整体变形较小,处于相对稳定状态,之后抗滑桩逐渐发挥抗滑作用;目前,抗滑桩剪力已接近设计值,抗滑桩处于不稳定状态,需要加强监测;抗滑桩的变形主要受库水位控制,降雨影响较小。库水位降低时,抗滑桩变形增大,库水位升高时,抗滑桩变形趋于稳定。BOTDR监测技术为长期化、精细化评价抗滑桩稳定性状态提供了十分先进的监测手段。     

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。     

锚杆抗滑桩桩侧地层抗力分布模式的试验研究

介绍了锚杆抗滑桩系统桩侧地层抗力分布规律的室内模型试验成果,试验共分3组,其中2组在坡体后缘加载,第3组采用千斤顶直接在桩后加载,桩身上各贴有一定数量的土压力盒,用以测定作用于桩身上的地层抗力。从3组试验中得出了锚杆抗滑桩桩身的荷载分布图,分析这些荷载分布图可以看出,对于锚杆抗滑桩来说,其滑面以下桩身的地层抗力主要分布在桩前一侧,与普通悬臂式抗滑桩计算模型中采用的地层抗力主要分布在桩背一侧的模式是不同的。根据试验结果给出了锚杆抗滑桩系统桩侧地层抗力的3种分布模式,并给出了桩前滑面以下部分被动抗力值的大致范围。