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。     

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。     

三维边坡稳定弹塑性有限元分析与评价

在边坡稳定分析有限元强度折减法的基础上,将二维分析推广到三维分析,研究了其安全系数的定义方式、屈服准则与失稳破坏标准等。算例分析表明,三维有限元分析比传统三维极限平衡方法和二维有限元分析更加符合实际,可以较好地模拟解决实际工程的计算问题。探讨了影响二维与三维分析结果的一些因素,通过分析得出结论：相同模型中选取Mohr内切圆屈服准则比选取外接圆屈服准则的计算结果偏于保守;三维边坡的侧向边界约束条件和长高比对计算结果影响较大,侧向边界全部约束时安全系数将大大增加,而安全系数随着长高比的增加逐渐减小。     

抗滑桩加固非饱和土边坡三维稳定性分析

讨论了抗滑桩加固边坡的稳定分析研究状况,在全面地考虑基质吸力和抗滑桩对边坡稳定性的贡献后,利用所发展的可考虑基质吸力的弹塑性强度折减有限元程序,探讨了抗滑桩加固前后的非饱和土边坡整体稳定性,并且与相应不考虑基质吸力条件下的边坡稳定性进行了对比分析。     

基于强度折减弹塑性有限元法的抗滑桩加固边坡稳定性分析

以大型通用有限元分析软件ABAQUS作为平台,以迭代不收敛联合坡面特征点位移陡增作为抗滑桩加固边坡失稳判据,通过二次开发建立了能够自动搜索安全系数的抗滑桩加固边坡稳定性强度折减弹塑性有限元分析模型,结合典型算例的对比分析验证了这一判据的有效性。在此基础上,针对一实例边坡进行了稳定性数值分析。研究表明,对于抗滑桩加固边坡,以强度折减有限元法所确定的潜在滑动面,一般地比极限平衡法、极限分析上限方法要浅。     

悬臂式抗滑桩加固黏土边坡地震永久位移算法

为了有效地确定悬臂式抗滑桩加固的黏土边坡地震永久位移,基于极限分析上限定理,针对圆弧滑动式土坡破坏模式,通过对设置抗滑桩条件下土坡进行外力功率和内能耗散率的计算,按严格力学定义推导出坡体在地震作用下的安全系数,进而导出与安全系数相对应的边坡地震屈服加速度计算公式,并结合Newmark滑块位移法对边坡产生的转动加速度进行二次积分,推导出与边坡设计安全系数密切相关的坡体地震永久位移的详细计算公式。以5.12汶川地震卧龙测站东向地震波为例,通过对一算例边坡进行分析,给出了边坡永久位移时程曲线以及不同设计安全系数与永久位移的关系,分析了算法与Ambraseys算法的结果,验证了所提计算方法的有效性,并得到不同设计安全系数时边坡土体黏聚力和内摩擦角对坡体永久位移的影响规律。研究结果表明,坡体永久位移随着设计安全系数的增加逐渐呈指数函数式减小变化,在较低设计安全系数下,坡体永久位移受土体抗剪强度参数影响较为敏感,随着设计安全系数的提高,这种敏感性则逐渐降低。     

薛家湾开源路高路堑边坡工程稳定性的三维有限元分析

针对准格尔旗薛家湾镇开源路高边坡欠稳工程,采用MIDAS/GTS有限元软件对其施工过程及边坡稳定性进行了三维数值模拟,得到了不同工况下的变形及支护完成后的安全系数,并与实际工程现场所测变形结果作了比较分析。结果表明,三维FEM计算结果与工程实际变形较为相似,其结果对类似高路堑边坡的设计及加固有一定的参考价值。     

小湾电站边坡卸荷三维有限元模拟

应用3D-Sigma软件对小湾右岸边坡的河谷下切卸荷过程进行了三维有限元弹塑性模拟.通过缩小单元规模,对边坡坡面下180 m范围内的应力、位移情况进行了详细的模拟.模拟结果表明:由横河陡倾分布的坚硬岩层构成的边坡在河谷下切形成坡体卸荷的过程中,坡体内产生的拉应力区较小;坡内岩体变形和应力分布主要受软弱面分布、微地形、主压应力分异、剪应力集中影响;卸荷的影响深度约在坡面下120m左右及软弱面附近120 m范围内,这些区域是边坡支护设计的重点.     

降雨条件下抗滑桩边坡三维稳定性分析

目前对抗滑桩边坡稳定性的研究多集中于无雨状态下,而降雨是触发滑坡的主要诱因,因此有必要对降雨条件下抗滑桩边坡的稳定性进行研究。本文以ABAQUS软件为平台,采用Python语言及内置接口程序对其进行二次开发,基于迭代算法确定降雨边界,并考虑桩土之间的接触效应,采用饱和-非饱和渗流结合有限元强度折减法对降雨条件下抗滑桩边坡的稳定性进行数值模拟;并与不考虑降雨时得到的抗滑桩边坡稳定性结果进行对比研究。通过研究发现考虑与不考虑降雨所得到的抗滑桩边坡的稳定性变化规律是不同的:当不考虑降雨时,桩间距越小,抗滑桩的抗滑效果越好;而在降雨条件下,桩间距越小,越不利于雨水下泄,过小的桩间距反而起不到很好的抗滑效果。当不考虑降雨时,将抗滑桩置于边坡中部时,具有较好的抗滑效果,这与前人的研究结论是一致的;而在降雨条件下,坡脚处具有较高的水力梯度,此时将抗滑桩置于坡中与坡脚之间的位置能起到较好的抗滑效果。因此,在多雨地区设桩要充分考虑当地的降雨情况而选定桩间距及桩位。研究结论可为在多雨地区进行抗滑桩设计及布设提供参考依据。     

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     

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。     

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。     

基于软化特性的三维边坡强度折减有限元分析

基于现有边坡强度折减有限元的基本原理,建立了一套新的强度折减算法。该算法把强度参数降低的过程看成脆塑性应力跌落的过程,并设置一折减增量 ,当 充分小时认为系统达到收敛条件而退出循环,最终的折减系数就是边坡的安全系数。该算法很容易扩展到三维边坡的稳定性分析,得到边坡滑动面滑动和破坏的发展趋势。通过2个算例,分析了进行三维模型计算的重要性,建议当地质条件复杂时宜从三维角度分析计算边坡,不能简单地将问题当作平面应变处理。     

单排抗滑桩随机有限杆单元法计算的分析与研究

文章对桩前土体需要开挖情形下的随机有限杆单元法给出了新的详细的计算公式。由于滑坡和稳定体常为碎石土和风化的软岩,不适宜用静力触探研究相关范围（土性的自相关性）,因此本文用旁压试验m值对相关范围进行研究和计算。根据所作的大量抗滑桩并参照已有的研究成果（如Meyerhof的研究成果）,建议抗滑桩的可靠度与工程结构的可靠度取值同（即一级结构[β]=3.7、二级结构[β]=3.2、三级结构[β]=2.7）。这样处理,钢筋混凝土结构的许多成果均可移植到钢筋混凝土抗滑桩中。侧向地基系数Ch（p=b1mxy=b1Chy）为与土性及埋深有关的量,本文给出了用旁压试验推求m值的两种计算公式。     

基于有限元强度折减法的抗滑桩滑坡推力及抗滑桩内力可靠性分析

现行的抗滑桩滑坡推力以及抗滑桩内力计算方法本质上属于定值方法,由于该方法未考虑边坡岩土体材料参数的变异性等不确定性因素,存在着抗滑桩支护不足或过度支护等问题,因此提出基于有限元强度折减法(SRFEM)的抗滑桩滑坡推力及抗滑桩内力可靠性分析方法。将极限分析法、有限元方法和可靠性分析法三者耦合,用2结点梁单元模拟抗滑桩受力状态,采用拉丁超立方抽样法(LHS)进行可靠度计算,分析求解边坡抗滑桩可靠性问题,并将该过程在数值计算程序中得以实现。对抗滑桩滑坡推力以及抗滑桩内力进行概率统计,得出函数分布关系,并根据已给定的失效概率控制值,反算出滑坡推力以及抗滑桩内力设计值。结合典型算例分析结果表明该法显著区别于一般方法,能较全面地反映出边坡整体现状特征和岩土体材料强度参数的变异性,相对更加合理,且更符合工程实际。     

三维边坡稳定分析的有限元弹塑性迭代解法

针对已知滑动面的三维边坡稳定分析问题,在塑性力学上限定理的基础上,提出了求解安全系数的三维有限元弹塑性迭代解法。对于滑动面的非线性特性,采用常规的矩形（平面）或立方体（空间）单元来描述,应力则符合相关联流动法则的Mohr-Coulomb强度准则。通过对弹塑性增量理论中流动法则的分析,证明了当结构达到极限状态时,滑动面内切向应力的方向与滑体的主滑方向一致,说明最终以滑动面内的切向应力作为滑体滑动力的有效性。通过迭代的方式,逐步降低滑动面材料的抗剪参数,使边坡达到极限状态,不仅快速求得了滑动面的安全系数,且能够得到边坡在接近临界失稳状态时滑动面内切向应力的分布情况和边坡的变形规律,为边坡采取加固措施提供了参考依据。最后,以椭球面滑动和楔形滑动2个经典算例和工程实例,验证了该方法的有效性和正确性。     

现浇X形桩桩承式加筋路堤三维有限元分析

桩承式加筋路堤在高速公路软基处理中得到了广泛应用,但目前对其承载变形机制还缺乏深刻认识。结合南京长江第四大桥北接线段软基加固工程,基于数值方法对现浇X形桩桩承式加筋路堤中桩土沉降、桩土应力、桩身轴力及超静孔隙水压力的发展变化规律进行了分析。研究结果表明,受土拱效应影响,路堤填筑荷载主要由桩体承担,桩及桩间土土压力在路堤填筑过程中均逐渐增大,在软基固结过程中,桩顶土压力继续增大而桩间土土压力逐渐减小,最终趋于各自的稳定值;路堤填筑过程中桩身轴力增长较快,现浇X形桩桩身上部较大部分区段存在负摩阻力,桩身中性点位置经历了先逐渐上移、而后向下移动,最终趋于稳定的过程。     

基于有限元计算的边坡三维滑裂面搜索

提出一种基于有限元计算的边坡三维滑裂面搜索的方法,根据有限元计算的应力结果,计算可能滑裂面的安全系数,然后用遗传算法搜索出最危险滑裂面,并得出相应的安全系数作为边坡的安全度评价指标。该方法的优越性是只需进行一次有限元计算,不需要假定滑裂面,可以用于具有复杂地貌和地质构造的三维边坡。通过算例,验证该方法的可行性和程序的正确性,以大岗山水电站库区边坡工程实例验证该方法的实用性。     

考虑土拱效应的悬臂式抗滑桩最大桩间距确定

合理桩间距的确定是抗滑桩设计的重要内容之一。认为抗滑桩的抗滑能力主要来自桩身迎荷面的阻滑能力和桩侧的阻滑能力这两个方面。在假定抗滑桩这两方面的阻滑能力均充分发挥的基础上,从桩侧摩阻力与桩后土拱极限剪切作用厚度范围内的摩阻力与拱后滑坡推力之间的静力平衡条件出发,基于Mohr-Coulomb强度准则,简化摩阻力的分布形式,建立悬臂式抗滑桩桩间距的计算公式。在此基础上,进一步研究了滑坡体的黏聚力、滑坡推力及抗滑桩的截面尺寸等因素对桩间距的影响。参数分析结果表明：桩侧阻滑能力在整个抗滑桩的抗滑能力中占有重要比例,且主要受桩侧面宽度控制;滑坡土体的黏聚力、内摩擦角,桩截面宽度等因素对抗滑桩最大桩间距具有较大程度影响。     

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。