土钉加固黏性土坡加载的离心模型试验研究

进行了不同坡度土钉加固边坡坡顶加载的离心模型试验,观测了土坡的破坏过程并测量土坡的位移场,研究了土钉加固黏性土坡的承载力、变形和破坏规律以及坡角对其破坏规律的影响。试验结果表明,坡顶荷载的增加引起土坡变形的增加,变形的集中产生和发展导致滑裂面的形成并使土坡发生破坏。土钉变形规律受加载阶段和加载底板的综合影响,坡顶荷载越大,接近坡顶的土钉弯曲挠度越大,钉土间的相互作用越强。土坡的坡角越大,承载力越低,土体呈现出更显著的向坡面位移的趋势。     

坡顶加载时黏性土坡土钉加固前后的离心模型试验比较研究

为研究坡顶加载条件下黏性土坡的承载特性和变形规律,进行了素土坡和土钉加固土坡的加载离心模型试验。测量了土坡的承载和变形过程。通过对比两种土坡的承载特性和变性规律,土钉的加固作用体现在：限制了土坡向坡面方向的位移,使土坡的承载能力得到了明显提高;在加固土坡内形成的土钉影响区域改善了加载底板边缘处的薄弱程度;增大了土坡中上部土体的竖向压缩变形,减小了剪切变形,增强了土坡的稳定性。土坡上部土钉的加固效果随着坡顶荷载的增大而越明显;土坡中下部土与土钉的相互作用越靠近坡面越强     

黄土边坡开挖与支护效应的离心模拟试验研究

黄土边坡在开挖卸载过程中的稳定性分析及其防护在边坡工程中占有重要地位。采用西南交通大学土工离心机进行了1组非支护边坡和2组土钉支护边坡的离心模型试验,研究了开挖卸载过程中黄土边坡的变形特性、稳定性变化规律及土钉的加固效应。离心模型试验研究表明,土钉能够显著提高黄土边坡的稳定性。土钉支护的边坡土体,因土钉的锚固效应,边坡的变形范围更大,但变形量较小,最大变形量并不在坡面,而是发生在坡面下的锚固区域内,非支护黄土边坡的潜在滑移面产生于距坡顶约40 cm处,土钉支护后,黄土边坡基本不会发生破坏。对于抵抗边坡发生变形而言,不等长土钉支护的效果要优于等长土钉支护,研究成果为黄土边坡的开挖与防护提供了参考。     

基于离心模型试验的库岸滑坡变形特征研究

三峡库区蓄水后，大量库岸滑坡发生复活变形，为研究滑坡随库水位升降的变形特征和机制，以库区典型直线形滑面形态滑坡为地质原型，概化设计了大尺度离心模型试验，通过模拟两个水位升降过程，布设高速相机和传感器，获取了滑坡变形演化全过程高清影像、孔压和土压?时间变化曲线，可得以下研究结果：在水位首次下降时，孔压和土压逐渐减小，当下降15 min后滑坡发生整体蠕滑变形，首先是前部产生横向张拉裂缝，中后部则是以竖直位移为主的蠕滑压密变形过程，水位停止下降2 min后变形停止，表明变形对库水位变化具有一定滞后性；当水位再次下降时，前部沿原破裂面再次下滑并失稳，中后部则无变形，变形演化具有典型牵引式特征。在库水首次入渗滑坡时，坡体孔隙水压力对库水位升降具有明显的滞后性，而在下一次水位升降过程中，这种滞后性明显减弱。该类滑坡受水位下降的动水压力效应影响较大，在滑坡变形过程中，中后部滑体变形在竖直方向的蠕滑压密行为使得中后部稳定性有所提高，因此，在后期蓄水过程中不再发生变形，试验现象与实际库岸滑坡吻合。试验揭示了三峡库区该类滑坡在水位升降条件下的变形破坏模式及长期演化趋势，为库区地灾防治提供了参考依据。     

基于离心模型试验的库岸滑坡变形特征研究

三峡库区蓄水后,大量库岸滑坡发生复活变形,为研究滑坡随库水位升降的变形特征和机理,以库区典型直线形滑面形态滑坡为地质原型,概化设计了大尺度离心模型试验,通过模拟两个水位升降过程,布设高速相机和传感器,获取了滑坡变形演化全过程高清影像,孔压和土压变化时间曲线,可得以下研究结果：在水位首次下降时,孔压和土压逐渐减小,当下降15 min后滑坡发生整体蠕滑变形,首先是前部产生横向张拉裂缝,中后部则是以竖直位移为主的蠕滑压密变形过程,水位停止下降两分钟后变形停止,表明变形对库水位变化具有一定滞后性;当水位再次下降时,前部沿原破裂面再次下滑并失稳,中后部则无变形,变形演化具有典型牵引式特征。在库水首次入渗滑坡时,坡体孔隙水压力对库水位升降具有明显的滞后性,而在下一次水位升降过程中,这种滞后性明显减弱。该类滑坡受水位下降的动水压力效应影响较大,在滑坡变形过程中,中后部滑体变形在竖直方向的蠕滑压密行为使得中后部稳定性有所提高,因此在后期蓄水过程中不再发生变形,试验现象与实际库岸滑坡吻合。试验揭示了三峡库区该类滑坡在水位升降条件下的变形破坏模式及长期演化趋势,为库区地灾防治提供了参考依据。     

土工织物加筋黏性土坡坡顶加载的离心模型试验研究

土工织物加筋技术在工程中得到了广泛的应用,取得了良好的加固效果。但对于土工织物加筋机制尚缺乏明确和统一地认识,加筋理论研究落后于工程实践。为此,进行了坡顶加载条件下土工织物加固黏性土坡和素土边坡的离心模型试验,记录和再现了素土边坡和加筋土坡在坡顶加载条件下的变形破坏过程。主要基于变形分析探讨了黏性土坡在土工织物简单加固条件下的加固效果和加筋机制。结果表明,土工织物加筋可以有效地提高黏性土坡的极限承载力,加筋带的存在改变了土体的位移场,扩大了坡顶加载的影响区域,加筋后滑裂面明显后移。加筋带对土体的局部作用和作用范围,随着土体变形的增大而增大和扩展     

库岸公路竖向变形控制研究

库岸路基边坡随水位变化发生沉降或隆起,产生不均匀竖向变形,从而使库岸公路出现局部沉陷、向下滑移,路面开裂等病害,必须采取合理的加固处治措施。采用有限元软件GEO-STUDIO中的SIGMA/W模块,以冷清公路库岸边坡为原型,建立计算用饱和-非饱和土岸坡的概化模型,并考虑渗流场-应力场耦合,分析库岸路基边坡在库水作用下锚加固和桩加固前后竖向变形(隆起或沉降)的变化。分析表明:未加固情况下,随着库水位升高和在正常蓄水位运行,坡体及其路面隆起,库水位降低坡体及其路面在先前变形的基础上发生沉降变形。在桩加固的情况下,沉降或隆起变形均比未加固情况的沉降或隆起变形小很多。在锚加固区域及其上部坡体,隆起或沉降变形也较未加固情况小很多。桩加固或锚加固后均使路面各点的垂直位移最大值和均值减小,垂直位移随水位变化率减小,路面相近点之间的隆起或沉降位移差减小。     

降雨和库水位联合作用下库岸滑坡模型试验研究

受库区水位波动和降雨影响,库岸大量老滑坡体变形加剧,地质灾害问题十分突出。为研究库岸滑坡影响因素、变形演化规律及失稳条件,以大型物理模型试验为手段,选取三峡库区黄土坡滑坡临江Ⅰ号崩滑体为对象,通过考虑水位波动、降雨及其组合作用等诱发因素,开展了一系列的库岸滑坡模型试验研究。试验结果表明：水位升降,变形主要集中于模型坡体前缘,其中,水位抬升过程中,滑坡模型变形较小,变形加速阶段出现于水位下降期间,且变形速率与水位下降速率成正比,即临江Ⅰ号崩滑体为典型的动水压力型滑坡;降雨影响下坡体变形在时间和空间上存在明显分区现象,时间上,变形发展主要集中于坡体浅表层饱和之后,即短时降雨对坡体变形未产生显著影响,空间上,坡体前缘和后缘变形剧烈;库水位下降和强降雨联合作用下坡体前缘产生局部流滑破坏,并溯源发展至前缘整体破坏,为典型的牵引式破坏模式。试验揭示处于临滑阶段坡体,其孔隙水压力、土压力变化呈现异常频繁的波动现象,可为滑坡预警预报提供一定参考依据。     

粉质砂土土钉墙水平位移与土钉轴力的FLAC3D研究

以物理模型土钉墙的破坏性试验获得的土体的基本参数和模型的尺寸为基础,应用FLAC3D软件建立土钉墙数值模拟模型。通过数值模型模拟基坑开挖与支护过程,并监测该过程中的土钉墙墙体沿深度方向水平位移情况和各层土钉的轴力变化情况以及它们之间的关系。支护过程结束后,在墙顶分级施加竖向荷载直至墙体产生较大变形,研究了土钉墙在超载状况下的工作状况以及破坏过程,并与物理模型土钉墙的破坏性试验结果进行对比。研究发现,开挖过程中墙体水平位移底部大于顶部,呈“勺形”分布;墙体水平位移最大处附近的土钉轴力也最大;粉质砂土土钉墙变形超过基坑开挖深度的4‰后,墙体的稳定性会极大降低;粉质砂土土钉墙没有下卧软弱层时,在地面超载作用下其破坏形式为体内破坏,表现为部分土体沿滑裂面向下滑动。     

预应力锚杆复合土钉墙支护体系增量解析方法

以预应力锚杆复合土钉支护体系受力变形为分析对象,假定潜在滑裂面为平面,并考虑土体分层开挖过程,将施加预应力作为一个施工工况,建立了预应力锚杆复合土钉支护体系受力变形的增量解析方法。锚杆预应力和设置位置影响分析表明,随着锚杆预应力值的增加,潜在滑裂面的倾角逐渐减小,对基坑整体稳定性的贡献先增大后减小;锚杆设置越低,增加预应力对基坑整体稳定性的贡献越大。通过实际基坑支护工程的数值模拟分析与施工过程监测结果的对比分析,验证了考虑预应力锚杆施工过程特点的复合土钉支护体系增量解析方法的合理性。     

Block reinforcement behavior and mechanism of soil slopes

In recent years, blocks created by pressure grouting of cement into soil were used to reinforce slopes by targeting specific weak areas. A clear understanding of the block reinforcement mechanism is essential for the accurate evaluation of the stability of block-reinforced slopes and reasonable design of block layouts. A series of centrifuge model tests was conducted to investigate the bearing capacity and the full deformation and failure behavior of block-reinforced slopes, with a focus on the influence of block layouts on the reinforcement effect. A block reinforcement with a reasonable layout was confirmed to increase the stiffness and the ultimate bearing capacity of the slope. The block reinforcement significantly changed the failure mode to the complex disturbance and destruction from slippage failure in an unreinforced slope. The block reinforcement restrained the deformation localization around the blocks and thus prevented the development of the coupling effect between the deformation localization process and the failure process in an unreinforced slope during loading. Such a reinforcement mechanism could be used to explain why the block reinforcement increased the bearing capacity and changed the failure mode of the slope. The blocks exhibited significant motion along with the development of deformation localization in the slope during loading. The block reinforcement effect was significantly affected by the rotation of blocks, which was determined by the block layout.     

On the cyclic failure mechanism of soil slopes

Dynamic loads, such as earthquakes, triggered a large number of landslides with more complicated failure mechanism due to their significant rate effect and cyclic effect. Thus, the failure mechanism is essential for an accurate evaluation of the dynamic stability of slopes. A series of centrifuge model tests was conducted to investigate the progressive failure behavior of slopes under cyclic loading conditions with different amplitudes. The cyclic effect was quantitatively analyzed in view of the deformation and failure behavior of slopes and was discovered equivalently induced by different combinations of the amplitude and the number of loading cycles. For example, the slope failure was induced by a cyclic loading with an increasing amplitude as the number of loading cycles decreased, with an extreme case of the monotonic loading with a larger magnitude. The slope exhibited a significant progressive failure with a downward sequence from the top. The slip surface became shallower as the amplitude of the cyclic loading increased and was shallowest under the monotonic loading condition. Cyclic loading induced deformation localization and the localization developed to cause local failure in the slope. The local failure, together with the effect of cyclic loading, contributed to new deformation localization that determined the development of the slip surface. The amplitude of the cyclic loading affected the propagation of deformation localization in slopes, resulting in the observed variation of the slip surfaces under different loading patterns.     

均质土体中土钉受力的极限分析上限法

土钉支护是加固机制上的锚固机制,土钉支护的受力和变形是随施工过程逐步变化的。采用追踪施工过程的增量计算方法,并将稳定性分析与土钉轴力计算相统一,根据稳定性要求来计算土钉受力,是土钉支护中土钉受力计算的合理途径。考虑到土钉支护中土与土钉共同作用以及潜在滑移面处土钉受力的特点,在土钉支护的稳定性分析中可以采用极限分析上限方法。根据上限方法中的相容速度场以及土钉受力与位移的关系,可确定在上限分析中每一开挖工况下土钉轴力增量的比例关系。应用上限方法的能量方程进行每一开挖工况下土钉支护稳定性的计算,即可优化求解出每一开挖工况下的土钉所需提供的能量耗散,而后依据上述确定的增量比例系数,即可求得该开挖工况下的土钉轴力增量,而各开挖工况下土钉轴力增量的积累即为最终土钉轴力。通过工程实例计算表明,上述方法是准确和有效的。     

Progressive failure behavior of pile-reinforced clay slopes under surface load conditions

Stabilizing piles are widely used to improve stability level of slopes to avoid landslides. In this paper, the full failure process of clay slopes reinforced using stabilizing piles was produced using serialized centrifuge model tests under surface loading conditions. The strength of pile material and the pile location closer to the slope top were both indicated to have a positive influence on the limit bearing capacity of the reinforced slope on the basis of test observations. The displacement field over the reinforced slope was measured during loading and used to capture a significant progressive failure caused by the surface loading. Local failure started near the inner edge of the load plate and expanded in a downward direction to produce a final slip surface. The pile exhibited a bending failure coupled with the progressive failure of the slope. The failure mechanism could be illustrated with the deformation localization in the slope that developed prior to the slip surface. The surface load exhibited a significant spreading behavior within the slope according to the displacement distribution of the slope.     

深基坑土钉支护的有限元数值模拟及稳定性分析

在平面应变条件下,对土钉支护的基坑进行了有限元数值模拟,在此基础上采用有限元稳定分析方法评价基坑的稳定性。研究了土钉拉力及基坑变形的变化规律,土钉长度及布置方式变化对基坑变形和稳定性的影响。结果表明,当土钉足够长时,基坑的潜在滑动面与最大拉力作用点连线位置通常是一致的     

土钉支护弹塑性数值分析及稳定性探讨

用三维弹塑性有限元法对土钉支护进行了边开挖、边安装土钉和喷射混凝土面层的施工过程的数值模拟分析。通过一种强度折减技术探讨了土钉支护的稳定性。研究结果表明，施工过程中在不同的使用荷载作用下受力最大的土钉并不是一成不为的，因此，在土钉支护工程中不能随意地缩短某层土钉的长度。数值计算确定的潜在滑裂区和局部破坏区符合实际情况，认为钉体拔出是土钉支护最可能出现的内部失稳形式。     

土钉横向抗剪效应对边坡稳定性的影响

土钉支护是边坡治理、基坑开挖的一种经济、便捷的支护型式,在设计中一般只考虑土钉轴向受力,而忽略土钉的抗剪、抗弯效应。为了探究工程实践中土钉支护黏土质边坡的横向抗剪效应边坡稳定性的贡献,本文根据极限平衡法,推导了考虑土钉横向抗剪效应的边坡稳定性计算公式,并系统研究了该作用对边坡安全系数大小以及潜在滑移面位置所产生的影响规律。研究结果显示,土钉抗剪效应对提高边坡稳定性有着很大的影响。当抗剪效应因子从0增大0.3时,边坡安全系数随着土钉倾角有着先增大后减小的规律,土钉的最优倾角也相应增大。在土钉长度和倾角不变的情况下,考虑土钉抗剪效应使得边坡的安全系数计算值有所提高,同时推测出的边坡滑移面后移。在抗剪效应因子从0增至0.5的过程中,安全系数可以提高两到三成。本研究的结论为在工程中更合理应用土钉支护技术提供了参考依据。