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。     

两种典型桩板墙地震响应特性的对比分析

土工结构的震害调查表明,桩板墙具备优良的抗震性能,安装锚索之后效果更佳。尽管如此,目前关于桩板墙的研究大多数集中于静力方面,对于动力响应情况和抗震工作机制的研究较少,关于两类典型桩板墙,即桩板墙和锚索桩板墙的地震响应特性的对比研究未见报道。基于此,将桩板墙和锚索桩板墙进行了同台的大型振动台模型试验,对比分析了两种结构的地震响应特性。试验结果表明:两种结构的土压力、锚索拉力和桩身位移地震时程响应规律均与输入的地震动参数密切相关,如曲线形状和变化趋势,并且它们的峰值出现时刻与地震动加速度峰值出现时刻基本一致。锚索的安装,能更好地保持边坡的稳定性和有效限制桩身变形,尤其是在高地震烈度区,当土体非线性增强时,优势体现愈发明显,即预应力锚索会产生减小桩身位移的效果,特别是当地震系数为0.4时,普通桩板墙的位移达到预应力锚索桩板墙的2.4倍。此外,锚索拉力的施加,能够使桩对土体产生"主动"的反压力,两种结构在静力和地震系数为0.1的工况下桩背所受的滑坡推力基本一致,嵌固段土体抗力的差距也不明显,实测点强度的最大差异不超过20%,说明锚索的作用没有得到充分发挥;但当地震系数大于等于0.2后,锚索作用开始体现,桩土变形的协调性更好,桩背与滑体的相互作用力增大,土体抗力较桩板墙大幅度减小,更有利于边坡的稳定。同时,锚索拉力的作用使结构的悬臂段桩身内力较大,在进行结构设计时,相比于普通桩板墙,锚索桩板墙应加强悬臂段,可以适当弱化嵌固段。分析成果可供高烈度地震区桩板墙的抗震设计、灾后恢复重建及今后相关规范修订参考。     

土质边坡微型桩组合结构大型振动台试验研究

我国是一个地震多发国家。微型桩组合结构作为一种新型柔性支护结构,研究其在地震作用下对土质边坡的支护作用成为了一个意义重大的问题。为此,通过大型振动台试验,以混合加载的方式,研究了微型桩组合结构在加固土质边坡中的动力学特性。试验结果表明：微型桩组合结构在地震作用下对土质边坡的加固达到了理想的结果;加载时随着El波加速度峰值的不断增大,前、后排微型桩桩身加速度峰值及桩身动土压力随之不断增大;随着输入的El-Centro波动峰值加速度的增大,测点动土压力响应效应也越显著;微型桩滑面上、下1/3位置、悬臂端顶部及锚固段底部处,动土压力及加速度常常达到最大值,在实际工程设计及应用中应重点关注这些位置。该研究结果可以为同类地区治理类似滑坡提供抗震设计支撑。     

多级支护边坡屈服加速度及因素敏感性分析

基于拟静力法,结合塑性极限分析上限定理和强度折减技术,推导了桩板式挡墙与二级锚杆挡墙支护高边坡地震作用下的水平屈服加速度系数的上限解,分别计算了多级支护结构总高度、边坡平台宽度、土的抗剪强度折减系数、桩板墙桩侧土压力分布经验系数、锚杆挡墙倾角、锚杆轴力及倾角等因素下,多级支护边坡的水平屈服加速度系数的临界极限值。根据正交分析法,给出了地震条件下基覆边坡水平屈服加速度系数影响因素的敏感性顺序。研究表明,多级支挡结构高度和锚杆轴力敏感性较大,而锚杆倾角、桩侧土压力分布经验系数和边坡平台宽度的敏感性较小。锚杆倾角、锚杆挡墙倾角、边坡平台宽度、桩板墙抗力及桩侧土压力分布形式的选择等,对水平屈服加速度系数的影响较小。土的抗剪强度参数中,黏聚力对水平屈服加速度系数的影响较小,而内摩擦角的影响较大。     

悬臂抗滑桩静、动力学性能试验的全过程

基于悬臂抗滑桩治理堆积型滑坡的静、动力离心模型试验,利用土压力传感器、应变片以及加速度传感器采集到的试验数据,研究了静、动力条件下抗滑桩的受力特性,分析了被治理滑坡的地震响应特征。结果表明：静、动力条件下桩后土压力以及桩身弯矩的分布规律均不同;桩后静土压力大于地震动引起的动土压力,但桩身静弯矩远小于地震动引起的动弯矩;桩后动土压力和动弯矩随峰值地震动的增大而增大;地震作用时土压力和桩身弯矩最大值的作用点低于静力的;滑体加速度响应存在浅表放大效应和高程放大效应,坡肩附近的波型转化现象显著,抗震设计时应予以重视。     

RT模式下地震非极限主动土压力的拟动力分析

为考虑挡墙位移效应对地震土压力的影响,依据前人试验研究的结论,将摩擦角表示为与挡墙位移量和位置高度相关的函数,然后基于拟动力法和水平层分析法,推导得出RT位移模式下的地震非极限主动土压力和合力作用点的计算表达式。计算模型可描述摩擦角沿着墙高逐渐发展的不同非极限位移状态工况,并建立了挡墙位移、地震动荷载和土压力之间的相互联系。参数分析讨论了振动时间、挡土墙位移状态、地震加速度参数和土体摩擦角对地震主动土压力分布、合力大小以及合力作用点高度的影响。相比于传统的极限状态地震土压力理论,所提方法更合理地描述了地震土压力随挡墙位移的发展过程,对发展非极限土压力理论和改进边坡工程中的抗震计算方法具有一定的参考意义。     

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。     

三排微型桩加固碎石土滑坡物理模型试验研究

通过3组不同桩间距下三排微型桩加固碎石土滑坡室内模型试验,研究微型桩受力变形特性和滑坡推力传递规律。试验结果表明:滑坡推力和桩身弯矩沿桩埋深方向呈自上而下逐渐增大趋势;桩间距为5d时,微型桩群与桩间土体协同作用效果最理想,桩顶位移最小,滑坡推力在排桩间分布最合理,其传递系数α,β分别在（0.54,0.71）和（0.27,0.49）间取值,桩群能承受的滑坡推力最大,抗滑效果越好。     

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。     

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。     

新型EPS抗滑桩的研发及大型振动台对比试验研究

抗滑桩是一种在治理地质灾害中常用的工程手段,广泛应用于铁路、公路、水利等工程领域,而这种抗滑结构的抗震问题也越来越引起工程师的重视,如何提高支挡结构的抗震性能已成为工程界的一个重要研究方向。目前,在工程中通过加入EPS柔性材料来提高工程的抗震性能已引起工程界的重视并取得良好的效果。基于此,为了提高和满足抗滑桩在工程领域的抗震性能要求,特将EPS材料用于抗滑桩,研发了新型抗滑桩EPS桩。通过振动台试验对比研究了EPS桩与普通抗滑桩的动力响应和抗震性能。试验得出以下结论：（1）不同的地震波,其加速度放大效应不同;输入EL地震波的峰值加速度越大,加速度放大效应越明显。（2）相同峰值加速地震波作用下,普通抗滑桩加速度放大效应比EPS桩更显著。（3）桩头倾角及放大系数表明,EPS抗滑桩具有更好的抗震性能表现,且在双向振动时EPS材料在极震工况下对抗滑桩桩身动土压力改善明显。（4）在本次试验中发现,随着地震波峰值加速的增大,滑面裂缝向深层扩展,可能诱发深层滑动。     

高陡边坡组合式支挡结构大型振动台试验研究

为研究上部采用锚索框架结构、下部设置为桩板墙的组合式支挡结构的抗震性能,开展了大型振动台模型试验。通过输入不同强度大瑞波测试了组合结构的加速度响应和动土压力响应,同时将动土压力的实测值与规范法、Mononobe-Okabe法（M-O法）的计算值进行了对比研究。研究表明：（1）组合式支挡结构在不同强度地震动激励下水平向和竖直向加速度沿坡高有不同程度的放大,且输入的激振加速度幅值越大,放大效应越明显;（2）组合式支挡结构下部桩板墙墙后的动土压力强度随激振加速度幅值的增大而增大,沿着墙高呈现出上部小、下部大的分布特性;（3）动土压力强度的计算,在低烈度区使用规范法和M-O法是合理的,但在高烈度区需要对规范法和M-O法进行修正。     

地震动加速度幅值对土坡失稳后滑坡体大小及致灾范围的影响

地震滑坡的致灾范围是判断滑坡能否会对已有建构筑物造成损失、确定预警疏散范围的重要依据,因此对地震土坡破坏后的滑坡体大小和致灾范围进行研究具有重要的意义.本研究基于SPH动力分析方法,结合弹塑性本构模型和固体力学控制方程建立了地震土坡破坏的动力分析模型;通过设置振动边界粒子和自由场边界粒子,实现了地震动加速度的施加以及自...     

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。     

微型桩群桩支护均质土滑坡的振动台模型试验

为研究地震作用下微型桩群桩支护均质土滑坡的地震动力响应特性,依托大型振动台,设计完成几何相似比为8:1（原型:模型）的物理试验模型。试验以El Centro波、汶川波、Kobe波以及不同频率的正弦波为激励波,研究地震动力作用下微型桩群桩的破坏模式、加桩后土质滑坡的加速度响应规律等。试验结果表明:（1）地震激励后微型桩的破坏模式与静力情况类似,呈反"S"型变形,弯曲破坏范围主要分布在滑面上1.4~4倍桩径内和滑面下1.4~3.4倍桩径内。（2）不同频谱特性的地震波激励时,滑坡加速度响应不同。激励频率越靠近滑坡自振频率,其加速度响应越强烈。微型桩群桩支护滑坡的加速度响应具有高程放大效应,且激励频率越靠近坡体自振频率,其高程放大效应越显著。（3）微型桩群桩支护结构对地震波有一定的阻滞作用,支护部位（尤其是坡脚）坡面的加速度响应明显弱于坡内,可限制坡表效应,但伴随坡高的增大,这种阻滞作用趋于减弱,无支护部位的上部坡体仍会出现坡表效应。     

Performance-based assessment of earthquake-induced catastrophic landslide hazard in liquefiable soils

This paper outlines a methodology for evaluating the likelihood of catastrophic landslide occurrence on gentle slopes in liquefiable soils during earthquake. The approach is based on a modified Newmark sliding block model of assessing the earthquake-induced undrained landslide displacements for conditions of no shear stress reversals on the sliding surface. By employing the shear resistance-displacement relationship from undrained monotonic ring shear tests, the simulation model incorporates the sensitivity of computed displacements to variations in yield acceleration. The proposed approach involves an examination of undrained seismic slope performance under various horizontal seismic waveforms scaled to different specific values of the peak earthquake acceleration. An example problem illustrates how the proposed methodology may be used to demarcate, based on the magnitude of permanent seismic displacement, the levels of low, moderate and high risk of catastrophic landslide on a gentle slope in a saturated cohesionless soil susceptible to liquefaction during earthquake.     

强震区桩−土−断层耦合作用下桩基动力响应

为研究桩-土-断层耦合作用下桩基动力响应特性,利用振动台试验选取0.35g地震动峰值加速度时4种类型地震波,研究断层上下盘桩基加速度响应、桩顶相对位移、弯矩及桩基损伤情况。试验表明：断层上盘桩基各项参数明显大于断层下盘,呈现出上盘效应;桩顶峰值加速度大于桩底峰值加速度,上部土层对输入地震波具有滤波作用;桩顶加速度响应相较于桩底具有滞后性;桩顶峰值加速度与桩顶加速度放大系数α在输入El-Centro波时最大;上、下盘α 差值在输入Kobe波时最大;弯矩和桩顶相对位移峰值在输入Kobe波时最大;弯矩在土层分界面处较大,输入不同地震波时弯矩峰值均未超过桩身抗弯能力;提出了强震区近断层桩基可根据验算内容选取合理地震波进行验算的抗震设计建议。     

Stability assessment of Jinlong village landslide,Sichuan

The Jinlong village landslide is located in Zitong County, Sichuan and approximately 150 km east of Wenchuan. The landslide has exhibited creep deformation for nearly 30 years. Field investigations indicated that the slope deformation was caused by the combined effects of unfavorable topographic and geological conditions and earthquakes. The sliding surface is along a contact between silty clay and mudstone. The Wenchuan earthquake accelerated the creep, causing bulging of the ground surface. Shear test results of the silty clay near the sliding surface indicated that the residual strength is consistent with the stability state of the landslide. The factors of safety were calculated using the limit equilibrium method (LEM) and the method of fast Lagrangian analysis of continua in two dimensions. The results using the LEM indicate that the stability is clearly affected by seismic shaking, and when the peak ground acceleration is 0.08g, the slope reaches the limit state. The shear failure surface given by numerical simulation develops on the contact between the clay and silty mudstone, which confirmed the assumed sliding surfaces’ location using the LEM.     

Analysis of an anti-dip landslide triggered by the 2008 Wenchuan earthquake in China

The Guantan landslide, with a total displaced mass of about 468 × 10⁴ m³, was triggered by the 2008 Wenchuan earthquake and succeeding rainfall in Jushui Town, Sichuan Province, China. The landslide occurred on an anti-dip hard rock slope with a weak rock founding stratum of 200 m in thickness. To investigate the failure mechanism of the Guantan landslide, dynamic behaviors of hard and soft rock slopes were investigated by means of large scale shaking table tests. The laboratory models attempted to simulate the field geological conditions of the Guantan landslide. Sinusoidal waves and actual seismic waves measured from the Wenchuan Earthquake were applied on the slope models under 37 loading configurations. The experimental results indicated that deformation mainly developed at a shallow depth in the upper part of the hard rock slope and in the upper (near the crest) and lower (near the toe) parts of the soft rock slope. An equation for predicting the depth of sliding plane was proposed based on the location of the maximum horizontal acceleration. Finally, it was concluded that the failure process of the Guantan landslide occurred in three stages: (1) toppling failure caused by compression of the underlying soft rock strata, (2) formation of crushed hard rock and sliding surface in soft rock as the result of seismic shocks, particularly in the horizontal direction, and (3) aftershock rainfall accelerates the process of mass movement along the sliding plane.