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。     

沉埋式抗滑桩机制模型试验数值分析研究

为验证沉埋桩加固滑坡体的作用机制,在进行了系列室内大型模拟试验的基础上,对模型试验进行了数值分析。分析中采用有限元方法,计算了桩身所受推力分布型式、推力大小和桩顶土推力分布形式、大小;计算了桩长变化时滑坡体加固后的稳定安全系数,由此确定满足设计要求的最小沉埋桩桩长。研究表明,有限元数值分析方法计算所得到的结果与模型试验的结果比较接近,并证明了用有限元数值分析方法对沉埋桩进行设计的可行性。     

锚索抗滑桩加固堆积型滑坡的受力特性模型试验与数值模拟研究

为研究锚索抗滑桩加固堆积型滑坡的受力特性及其联合抗滑机制,开展了分级推力荷载作用下锚索抗滑桩加固滑坡的室内物理模型试验,分析了模型滑坡从加载到破坏过程中桩顶位移、桩身前后土压力、桩身弯矩、锚索轴力和滑体深部水平位移的变化规律。并采用数值模拟进行对比分析,两者所得结果吻合较好。结果表明:(1)桩顶位移、桩身弯矩及锚索轴力随推力荷载的变化曲线均呈现明显的三阶段特征,对应的桩-锚荷载分担比呈先增大、后减小和最后趋于稳定的规律。(2)桩前滑体抗力呈抛物线型分布,且抗力值较小;桩后滑体推力呈上大下小的抛物线型分布,合力作用点约位于滑面以上0.5h₁处(h₁为受荷段长度)。(3)桩身最大弯矩点始终位于滑面以下2 cm处,表明桩前滑床并未发生破坏。(4)由桩身实测弯矩计算得到的桩身荷载分布表明,桩体抗力主要由桩前滑面以下滑床提供,且呈倒三角形分布。(5)锚索的设置能够有效限制桩身变形,同时在工程中更应该注意锚索失效问题。该研究成果可为堆积型滑坡治理中锚索抗滑桩的合理设计提供试验基础。     

L型抗滑桩加固土坡特性的离心模型试验与有限元模拟研究

L型抗滑桩在传统等截面抗滑桩的基础上加入横段,有效提高桩的稳定性和加固边坡效果。本文采用离心模型试验与数值模拟相结合的方法研究了L型抗滑桩加固土坡的变形特征与桩土相互作用。基于离心模型试验得到了L型抗滑桩加固土坡的位移场,并采用有限元软件对离心模型试验过程进行了数值模拟,数值与试验结果得出的土坡荷载位移曲线吻合程度较高,水平位移分布趋势基本一致。模拟结果表明,L型抗滑桩的加固效果明显优于传统等截面抗滑桩,土坡位移减小约25%,桩转角减小约70%。通过对比、融合离心模型试验观测与数值模拟结果,分析了L型抗滑桩对土坡的加固效果及桩-土相互作用。横段上下侧的土压力分布相差很大,差距最大时上侧土压力仅为下侧土压力的20%左右。L型抗滑桩横段与土的摩擦力分布存在极小值,竖直段抗滑桩可以改变土坡位移场,使得内侧位移分布存在极大值。坡体受力变形分析结果表明,抗滑桩导致土坡出现土拱效应,L型抗滑桩的横段会进一步增强土拱效应,形成应力重分布,使横段所受土压力增大,提高抗滑桩的稳定性。     

预应力锚索修复变形抗滑桩模型试验与数值模拟分析

为了验证锚索预应力修复加固变形抗滑桩机制,在大型野外模型试验的基础上,对模型试验进行了数值分析。数值分析结果表明,数值模拟与模型试验结果较为吻合,预应力锚索的施加可有效控制变形抗滑桩桩顶位移,降低桩身弯矩,提高抗滑桩承载能力,从而达到加固变形抗滑桩的目的,验证了锚索预应力修复加固变形抗滑桩机制。讨论结果表明:采用锚索预应力修复加固变形抗滑桩存在预应力上限值,此上限值随滑坡推力的增加三次抛物线降低,随桩顶位移的增大负指数降低,随距桩顶位置增加近似线性降低;在滑坡推力作用下,桩后土压力为正三角形分布,在预应力锚索修复荷载作用下,呈现为折线型分布。研究成果对于变形抗滑桩的修复加固工程设计具有指导意义。     

悬臂抗滑桩加固边坡地震动力响应模型试验研究

为研究悬臂抗滑桩加固边坡的地震响应和抗滑桩桩身弯矩分布规律,利用北京工业大学结构实验室的大型振动台进行悬臂抗滑桩加固边坡模型的振动试验。在试验过程中,输入汶川地震重华镇波,记录边坡不同位置加速度的时程变化,并作对比分析,采集抗滑桩桩身的应变,用于分析桩身弯矩分布。结果表明,地震过程中边坡内部加速度自下而上逐渐放大,边坡顶部放大效果达到最大;悬臂抗滑桩的加固效应和桩间土体成拱作用使附近土体的动力响应受到限制;抗滑桩的嵌固端与悬臂部分分界面随着地震波的输入应变急剧增大,而悬臂部分随着高度增加应变减小,反映了悬臂抗滑桩弯矩的“凸”形分布规律。     

边坡破坏过程离心模型试验的应力位移场研究

提出了一种确定离心模型试验过程中边坡的应力和位移场及其变化过程的方法。基于物理测量与数值模拟相结合的思路,首先采用离心场非接触位移测量技术测量出边坡的位移场;然后通过数值模拟和反演分析等途径算出边坡的应力场。该方法已成功用于多个边坡离心模型试验中的应力位移场的确定,表明了该方法可以较好地得出离心模型试验过程中边坡的应力和位移场。边坡离心模型试验结果表明,边坡的破坏过程与应变局部化和应力集中的过程有着密切联系。     

预应力锚索修复含微裂纹抗滑桩模型试验研究

施加预应力锚索是修复含微裂纹抗滑桩最重要的手段之一。为了探讨施加预应力锚索修复含微裂纹抗滑桩的可行性以及修复过程中抗滑桩变形破坏特征,采用大型物理模型试验对预应力锚索修复含微裂纹抗滑桩进行了研究。试验结果表明,施加预应力锚索修复含微裂纹抗滑桩可提高抗滑桩承载储备能力;滑坡荷载-桩顶位移曲线可分为挤密、线弹性变形与破坏3个阶段;滑坡荷载下桩体在滑面附近位置发生破坏,破坏具有突发性;预应力荷载下抗滑桩在锚索孔位置产生拉破坏,并伴随滑面位置裂纹的扩展;滑坡荷载下桩后土压力呈三角形分布,施加预应力荷载后土压力呈倒梯形分布;锚索预应力的施加降低了弯矩峰值,但最大弯矩位置向锚索孔位置以及滑面附近位置转移,该2处位置是采用预应力锚索修复抗滑桩的薄弱部位。研究成果对于预应力锚索修复含微裂纹抗滑桩技术的推广应用以及抗滑桩修复工程的设计具有指导意义。     

软土中吸力式桶形基础倾覆承载性能离心模型试验

输电杆塔和风电机组基础主要承受上部结构倾覆弯矩荷载,倾覆承载性能是该类基础设计中的关键问题。针对饱和软黏土地基中的杆式结构桶形基础,通过开展位移控制循环加载、位移维持加载、力控制循环加载和单调静力加载离心模型试验,研究其倾覆承载能力。试验发现,当桶形基础达到极限承载力时其转动中心位置约在桶盖正下方0.8倍桶裙高度处;当循环倾覆弯矩幅值与极限抗弯承载力比值小于3/5时,桶形基础在循环过程中转角的累积难以持续增长,并逐渐趋于稳定;循环加载作用下土与结构相互作用刚度出现明显弱化,所获得的桶形基础循环弱化因子阈值约为0.15;位移维持加载的峰值荷载-位移曲线与单调静力加载的荷载-位移曲线较为一致,位移维持加载的谷值荷载-位移曲线对应的承载力较峰值荷载-位移曲线对应的承载力明显偏小,减少约30%～40%。     

嵌岩桩抗滑特性的物理模型试验研究

进行嵌岩桩与滑坡体相互作用的框架式滑坡物理模型试验,根据微型土压力盒和电阻应变计的监测数据,分别研究滑坡推力作用下模型桩的受力特征、桩身弯矩分布规律及模型变形破坏模式。试验结果表明,嵌岩桩加固后的滑坡,桩后推力随深度的增加呈抛物线型分布形式,合力作用点约在滑动面以上模型桩自由段的1/2处;嵌岩模型桩有明显的抗滑特性,承担了大部分桩后推力,传递至桩前土压力值较小且稳定;模型桩的桩身弯矩分布形式不同于普通抗滑桩弯矩分布形式,自由段埋深0~15 cm范围内为主要弯矩承受区域,最大弯矩截面位于滑面上模型桩自由段1/3处,滑动面处桩身弯矩绝对值较小;滑坡模型在沿滑面推力加载作用下发生桩后滑体越桩滑动破坏。该试验成果为嵌岩桩的抗滑特性研究提供了科学依据,可为该类型抗滑桩设计提供一定的指导性建议。     

底端嵌固桩与滑体相互作用的物理模型试验研究

抗滑桩与滑坡体的相互作用是一个复杂系统。利用专门设计的安置有光纤和电测器件的物理模型试验装置,通过改变抗滑桩的几何尺寸、布置间距以及滑体的滑移面角等有关参数,研究抗滑桩与滑坡体之间的相互作用,获得了在不同桩体几何尺寸、间距以及滑体滑移面角? 等参数情况下抗滑桩的受力状况和滑体作用在抗滑桩上的滑坡推力函数q（H）,进一步揭示了抗滑桩与滑体之间的相互作用机制。     

锚杆-抗滑桩系统的可靠性分析

锚杆-抗滑桩结构本身以及结构与岩土体的相互作用是一个相当复杂的问题,其影响因素非常多,再加上岩土体参数的变异性,对此结构系统的确定性分析会造成计算结果与工程实际之间较大的不相符.结构力学计算方法是目前锚杆-抗滑桩系统较为合理的计算方法,在此方法的基础上,引入对问题的维数不敏感的蒙特卡罗方法,进行锚杆-抗滑桩系统可靠性的数字模拟.通过工程实例验证,为锚杆-抗滑桩系统的设计方法由确定性分析向可靠性分析的过渡作了有益的工作.     

桩板式抗滑挡墙地震响应的振动台试验研究

汶川地震路基震害调查表明,在顺层或堆积体边坡中的桩板式抗滑挡墙具有良好的抗震性能。为了更好地了解该结构的抗震性能和优化抗震设计方法,以大型振动台模型试验为手段对其进行研究。为明确地震作用下桩板式抗滑挡墙的地震响应特性,试验采用缩尺的卧龙台站实测地震波对模型激励。试验结果揭示了土压力沿桩身分布规律、桩体位移和边坡岩土体加速度的地震响应特征。研究表明,地震土压力沿桩身呈非线性分布,竖向地震荷载对水平加速度有放大效果。所以,双向加载时的地震土压力比水平单向加载时大,但二者差距在地震基本烈度VII、VIII度区域不显著。滑坡推力、滑床对桩的土体抗力和桩身位移均与输入地震动峰值加速度成正比,即随着地震动峰值加速度的增加,加速度放大比增大;滑动面材料剪切强度折减,滑坡推力、土体抗力和抗身位移均增大,且增大速率加快。此外,结合试验成果,建议了桩板式抗滑挡墙设计时地震综合影响系数Cz的合理取值,对应地震基本烈度VII、VIII、IX度区分别为0.2、0.35、0.4。试验结果有助于揭示该结构抗震机制,也为其抗震设计提供了可靠依据。     

深厚软土中抗滑桩的修正悬臂桩计算方法

大面积堆填或开挖时深厚软土地层内部常产生较大滑移,这为该类地层中考虑桩土作用的抗滑桩分析带来较大困难。考虑深厚软土的滑移性状,针对既有悬臂桩法计算存在的问题进行修正,滑动面上部桩身受荷段的桩身荷载采用等腰三角形分布且极值点为极限侧土压力,设滑动面下部桩身锚固段上侧桩周软土为理想弹塑性以考虑软土大位移条件,下侧为弹性状态,并通过位移叠加原理对传统方法求解产生滑动面不连续的缺陷进行修正。通过现场桩侧堆载试验验证,修正悬臂桩法的弯矩和位移计算结果较好,桩顶位移误差小于3%,桩身最大弯矩误差小于10%。所提方法有助于深厚软土地层抗滑桩的设计和计算。     

微型桩组合结构模型抗滑机制试验研究

对以空间桁架微型桩体系的组合结构采用了分级加载的方法,通过新的地质力学模型试验,研究滑坡推力引起的微型桩体系内力变化规律,并根据试验方法和空间桁架微型桩体系中各排桩的受力状态,导出了分级加载条件下受横向约束的弹性地基梁的结构分析解。试验结果表明,在碎石土地质条件下,连系梁可以有效限制微型桩顶位移,并减小桩身弯矩,滑体中桩前土压力分布相对较为均匀,各排微型桩桩体的弯矩大小分布比较接近,最大弯矩位于滑面处;基于受到横向约束的弹性地基梁的结构分析解,可以较好地描述空间桁架式微型桩在分级加载后的内力变化及其分布规律。研究结果对正确分析微型桩的抗滑机制和微型桩抗滑设计具有较好的参考价值。     

多次分段注浆钢花管单桩抗滑性能模型试验研究

采用现场原型试验,从滑坡推力、桩身土压力、桩身弯矩等方面研究了多次分段注浆钢花管单桩的抗滑性能,分析了多次分段注浆钢花管注浆效果和破坏模式。试验结果表明：采用多次分段控制注浆技术,钢花管周边形成“树根状”水泥柱复合抗滑体,这种结构可以有效提高桩周土体抗剪强度,有效地增强了钢花管单桩结构的抗滑性能。6.0 m桩长的多次分段注浆钢花管,与常规钢花管相比,单桩水平抗滑力提高了35 kN,其水平承载力相比常规钢花管提高约50.72%,更好地阻止了滑坡的产生,钢花管在滑坡推力作用下发生弯曲破坏,最大弯矩值出现在滑面附近,因此,建议在结构设计中加强滑面附近的桩体配筋设计,以增强滑面附近的抗弯破坏能力,从而达到更好的抗滑效果。     

桩心配筋微型桩抗滑特性试验研究

为研究桩心配筋微型桩抗滑特性,进行了滑坡微型桩抗滑特性大型物理模型试验.试验结果可得出,桩心配筋微型桩在加载过程中,各排桩同时受力;滑坡推力对桩心配筋微型桩的影响范围为滑面上下各20倍桩径的范围内;桩心配筋微型桩在抗滑工程中主要是受弯破坏,易破坏点为滑面上下3倍桩径处;微型桩群桩的破坏过程是从迎滑第一排桩开始;微型桩能有效提高滑坡体的稳定系数.     

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。     

抗滑桩护壁外壁形态对土拱效应影响的数值模拟

为揭示抗滑桩护壁外壁形态对土拱效应的影响规律,引入抗滑桩护壁外壁形态系数h,采用平面应变有限元方法,在不同抗滑桩外壁形态参数h下,研究了桩周及桩后土体位移、应力等因素的变化规律。研究结果表明：土拱效应的发挥程度,桩周土体的应力和变形与桩体外壁的形态有关。在h为4 cm、8 cm时,桩周土体的应力、位移变化量最大,增强了土拱的抗滑效用;当h大于8 cm时,桩周土体的应力、位移变化量随着h的增加逐级递减;当h接近极值时,桩周土体中的应力、位移变化不大,此时抗滑桩护壁外壁形态对土拱效用起不到积极作用。