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。     

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。     

抗滑桩在边坡工程中的研究进展及应用

抗滑桩作为加固滑坡体的一种有效措施,与其它抗滑工程如抗滑挡墙、锚杆等相比,其具有抗滑能力强、施工安全简便,并能进一步核实地质条件等突出优点。现已广泛应用于边坡工程中。文章回顾了抗滑桩在边坡工程中的研究进展及应用情况。主要内容包括:抗滑桩内力计算方法研究(如有限差分法、双参数法、改进的悬臂桩法、有限元法);抗滑桩工作机理研究(如桩-土共同作用研究、基于土拱效应的桩间距确定);对抗滑桩设计优化方法的研究进展、抗滑桩在相关工程中的应用情况。文章最后对抗滑桩应用于边坡工程时,可能的研究方向提出一些新的思考,期望对后续的研究工作起到一定的抛砖引玉作用。     

老滑坡路段路堑开挖与超前支护效果

为防止老滑坡路段路堑开挖过程中出现路堑边坡失稳的问题,以在建某高速公路老滑坡段路堑失稳边坡为例,借助数值分析,进行了老滑坡路段路堑开挖与超前支护效果研究。结果表明：1）一般宽平台开挖模式能提高边坡的整体稳定性;然而,对于存在具有膨胀性质滑带土的牵引式老滑坡,坡脚采用宽平台刷坡减重不利于路堑边坡的稳定,必须要采取超前支护,如锚索、抗滑桩等,必要时要紧急采取清方卸载措施。2）锚索超前支护能够有效抑制边坡变形,需采用有效措施提高设置在坡脚处锚索的抗拉强度,如施加预应力等。3）抗滑桩超前支护应注意桩位、桩长、桩距的优化设计。建议抗滑桩采用锚拉,对桩前坡体中的滑带进行超前注浆,有必要沿老滑坡主滑方向布置多排抗滑桩,或采用h型桩体设计。     

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。     

降雨入渗条件下预应力锚索加固边坡稳定性分析

根据目前边坡失稳案例统计,导致边坡失稳破坏的原因多为降雨入渗,目前大多学者对自然边坡在降雨入渗条件下的失稳机理做了大量研究,但是对于不同降雨入渗条件下边坡加固结构及其稳定性是如何随降雨强度的变化而发生改变的研究却较少。以云南昆明某边坡为研究对象,考虑土体饱和-非饱和渗流理论及非饱和强度理论,通过有限元软件MIDAS-GTS分析研究降雨动态过程中边坡加固结构内力的变化规律及边坡的稳定性变化规律。研究发现:①当降雨时长一定时,降雨强度越大,非饱和区越小,负孔隙水压力降低越明显,安全系数越差;②随着降雨入渗的进行,边坡下滑力增大,抗滑力逐渐变小;③降雨入渗对原始边坡的稳定性影响较大,但是对加固后边坡的稳定性影响相对较小;④预应力锚索轴力随着降雨时长增大而增大,当降雨时长一定时,锚索轴力随降雨强度增大而增大。     

桩-土界面倾角和含水率对抗滑桩的阻滑效应分析

为研究不同界面倾角及含水率对桩–土界面的阻滑效果,首先基于变倾角组合体三轴不固结不排水试验,比较了不同界面倾角和含水率条件下变倾角组合体破坏模式和抗剪强度的差异性,然后结合室内试验抗剪强度参数,通过数值模拟方法比较不同界面倾角和含水率对桩–土界面的阻滑效果,并基于塑性变形理论确定临界含水率wmax,最后依托工程案例对抗滑桩截面进行优化。结果表明：界面倾角和含水率是导致变倾角组合体破坏模式和抗剪强度差异的主要原因,当含水率较低时,适当增大倾角能提高组合体试样的抗剪强度;当土体含水率较小时,随着桩侧倾角的增大,桩–土界面阻滑效果呈现先增加后降低趋势,当桩侧土体含水率较高时,桩–土界面倾角越大,桩–土界面阻滑越小;当考虑桩间土拱效应时,适当增加抗滑桩桩背受压区三角形截面,作用在桩侧摩擦拱上的等效集中荷载最大可降低33%左右。相关研究成果对抗滑桩的设计具有借鉴意义。     

边坡抗滑桩加固的三维有限元计算

本文以王山村滑坡为研究对象,围绕其工程中静力抗滑稳定问题,通过室内试验对影响王山村滑坡稳定性的地质构造、场地工程条件等内在因素进行分析评价。在此基础上,利用大型商业软件ABAQUS对边坡抗滑桩加固模型进行有限元计算分析。通过对加固在边坡模型底部、中部及上部3个常见桩位稳定性系数的计算,得到了3个桩位的稳定性系数。计算结果表明：加固在模型中部桩位的安全系数最高,为1.58。为综合考虑静力作用下坡脚应力集中及动力作用下的坡顶加速度放大效应,设计了加固在边坡中点附近的上部桩位和下部桩位,并分别对其稳定性进行求解,计算结果显示两种桩位都具有较高的安全系数,分别为1.35和1.56。最后通过对模型坡面上5种桩位安全系数的对比,验证了上部桩及下部桩的可行性,可作为工程实践的参考方案。     

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。     

降雨影响下的边坡稳定性及加固研究

边坡稳定性受到局部地区降雨的影响较大,降雨入渗和地震作用是影响边坡稳定性的最主要因素。本文利用有限元软件计算了不同工况下(原始边坡,放坡开挖,抗滑桩支护,持续降雨)边坡稳定性的差异。结果表明,抗滑桩的加入有效阻止了土体下滑,但随降雨的持续,土体含水量的变化时影响边坡稳定的主要因素,结果就是即使安插了抗滑桩的边坡,其滑体位移及剪应力也会很大,而土体含水量控制在18.16%时,对边坡稳定性最为有益。     

MIDAS-GTS在滑坡稳定性分析及治理中的应用

北川羌族自治县都坝乡场镇兴建时,坡体前缘开挖卸荷,斜坡后部崩滑堆积体在自重作用和降雨诱发下向前推移致使前缘已建挡墙发生变形。为保证坡脚场镇居民的安全,须对该滑坡的现状稳定性进行评价并采取可靠的治理措施。事前采用MIDAS-GTS建立该滑坡二维模型,分析了其现状稳定性,与实际变形较吻合,滑坡处于欠稳定状态。根据研究提出了抗滑支挡方案,并对布设抗滑桩治理后的效果进行评价,设桩后滑坡稳定性显著提高。该应用为类似工程项目的稳定性及治理效果分析可提供参考。     

微型桩加固长大缓倾裂隙土边坡模型试验

南水北调工程中大量膨胀土边坡因其内部的长大缓倾裂隙而发生滑动,其抢险与加固工程中微型桩取得了较好的应用效果。研究微型桩加固长大缓倾裂隙土边坡的加固机制及其参数影响,对此类工程的微型桩加固设计具有重要意义。以微型桩加固膨胀土边坡的实际工程为背景,采取对边坡滑体沿裂隙面平行方向施加推力的方式,开展了不同缓倾裂隙面角度的未加桩边坡推移破坏试验,并以桩长、排间距和桩位为影响参数,进行了微型桩加固长大缓倾裂隙土边坡的参数影响模型试验,对边坡的位移特征以及微型桩的受力特性与加固效应进行了分析。结果表明：微型桩对于缓倾裂隙边坡具有较好的抗滑加固效果,能够将抗滑阻力维持在较高的水平。微型桩能提供的抗滑阻力随桩长（锚固比）增加而增加,但提升效率随桩长增加而减小。建议布置在边坡上1/3处的微型桩锚固比取值为0.5,布置在边坡下1/3处的微型桩锚固比取值不小于0.65。桩身弯矩与剪力均呈反S形分布,最大值均位于裂隙面附近。双排桩使得边坡抵抗破坏的韧性增强,当排距为200 mm(10倍桩径)时,前后排桩协调较好,均能较为充分地发挥抗滑作用,对边坡抗滑推力提升较大。     

基于统一强度理论多层滑坡体中抗滑桩最大桩间距研究

抗滑桩是防治滑坡的重要工程措施之一,桩间距是抗滑桩设计中的一个重要参数。已有的桩间距研究主要是针对单层均质滑坡,但实际工程中多数滑坡体是多层的,因此对多层滑坡体抗滑桩桩间距的研究就显得尤为重要。在研究多层滑坡体中的抗滑桩最大桩间距时,在确定滑坡体中的最危险滑体后,考虑多层滑体相互作用,运用滑坡推力分布函数及土体抗力分布函数对最危险滑体进行了受力分析,基于统一强度理论对最危险滑体的平衡条件与土拱强度条件进行了研究,推导出了抗滑桩最大桩间距方程。最后对2个实例进行了计算,计算实例1说明了该计算方法在计算多层滑坡体中最大桩间距时,计算结果偏于安全,计算实例2厚坝滑坡验证了运用滑坡推力分布函数使最大桩间距计算结果更合理。     

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。     

高边坡抗滑桩越顶问题的数值模拟

越顶现象在实际工程中时有发生,但目前其计算理论却非常不成熟,计算过程中的很多问题都依赖于人为假设。以四川成龙一号滑坡为例,运用FLAC3D模拟滑坡在动态变形中坡体内的应力场、位移、剪应变增量及塑性区分布特征的变化,并利用强度折减法计算其稳定性,研究高边坡在降雨工况下抗滑桩越顶失效的机制,并对抗滑桩的合理位置进行试算。研究结果表明：（1）成龙一号滑坡在设置抗滑桩前有一潜在滑面,设桩支挡后在桩顶产生新的剪切滑面,发生越顶现象;（2）高边坡抗滑桩是否发生越顶失效受抗滑桩位置控制,当增大抗滑桩的高度并将其设于滑面剪出口位置时,能充分发挥桩的抗滑能力,并有效防止越顶现象的发生。现场监测数据也同时验证了FLAC3D数值模拟结果的可靠性,表明该方法适合越顶分析,可以在岩土研究领域推广运用。     

边坡土体侧移模式对抗滑桩影响分析

在开挖、降雨或地震等外部因素作用下,边坡土体很容易进入局部或瞬态大变形乃至失稳滑动,使抗滑桩产生附加位移及弯矩。基于两阶段分析方法,采用Winkler模型模拟抗滑单桩与土之间的相互作用,建立单桩水平位移控制方程组,根据内力与位移的连续条件得到考虑不同土体侧移模式下求解桩身响应的矩阵解析表达式,并采用现场监测数据及Poulos弹性理论进行验证,证明该方法是合理可行的,并通过参数分析土体侧移对抗滑桩水平承载性状的影响程度。分析结果表明,土体侧移模式包括最大侧移值、分布形状及重心、侧移势等,对抗滑桩的挠度和弯矩均有显著影响,在工程设计中应予以充分重视。     

边坡桩-土相互作用的土拱力学模型与桩间距问题

桩-土相互作用机制是边坡抗滑桩设计需要考虑的重要因素之一。基于抗滑桩在侧向荷载作用下的受力条件,通过土力学和弹性力学的基本理论,导出了桩-土作用下桩后土体任意点的应力解析解,建立了土拱的力学模型;获得了土拱应力的等值线分布,得出了双曲拱、扩肩拱、马鞍拱和圆弧拱4种土拱形态,分析了不同桩间距、桩宽、桩后距离及土体力学特性对土拱效应的影响及其变化规律,阐明了土拱的作用机制。以拱体内土体破坏时的极限平衡状态为依据,基于Mohr-Coulomb抗剪强度理论建立了最大桩间距控制方程,并给出了具体的工程实例,对桩-土相互作用机制和抗滑桩设计理论研究具有一定的参考价值。     

基于统一强度理论抗滑桩桩间距的计算

在已有抗滑桩桩间距研究的基础上,对桩间土拱进行受力分析.从侧阻力条件和土拱强度条件两个方面对抗滑桩桩间距进行了计算,将统一强度理论引入土拱强度的分析,藉此分别判断拱顶前缘、后缘及拱脚处土体是否处于临界状态,可得3个桩间距值,取相应的最小桩间距作为设计桩间距.此方法对于滑坡推力的矩形、三角形和梯形分布形式均适用,并可考虑...     

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。     

抗滑桩加固斜坡软弱地基路堤的数值模拟

在路堤荷载作用下,斜坡软弱地基易产生侧向变形过大、滑塌失稳等病害。路堤下坡脚处采用钢筋混凝土抗滑桩,以有效限制地基侧向变形,是斜坡软弱地基路堤的核心设计原则。采用三维快速拉格朗日有限差分法,经与室内土工离心模型试验成果对比、校核,建立抗滑桩加固斜坡软弱地基路堤的精细化数值分析模型,研究抗滑桩桩距、桩长、桩身弹性模量、桩身横截面尺寸及桩位等设计参数对其内力、变位的影响。研究表明：下坡脚处实施抗滑桩可显著约束斜坡软弱地基侧向变形;需综合考虑桩身受力、经济性、施工等因素确定合理的桩距;桩长应深入滑移面以下,但随着桩长的增长,加固效果增长不明显;随着桩身弹性模量、桩身横截面尺寸的增加,抗滑桩的加固效果得到一定提高;抗滑桩宜设置在下坡侧路堤边坡的中部。