预应力锚索桩板墙加固隧道洞口边坡的动力响应特性研究

降雨、地震作用下,隧道洞口边坡易产生严重破坏,有必要研究隧道洞口边坡及支挡结构的动力响应特性。以中国西南某隧道洞口边坡为例,通过振动台模型试验,分析降雨、地震作用下预应力锚索桩板墙加固隧道洞口边坡的动力响应与破坏模式。研究结果表明：（1）隧道洞口边坡破坏过程为坡顶张拉裂缝―坡脚剪切溃裂―边坡整体滑移破坏。由于雨水入渗,坡表土体在地震作用下易产生局部浅层破坏。边坡破坏模式为张拉-剪切型。（2）随峰值加速度增加,桩身PGA放大系数显著增大,应重视该类支护结构在地震作用下的惯性放大效应。（3）桩后峰值土压力随峰值加速度增加而增大,由“S型”分布逐渐转变为倒三角形分布。峰值加速度大于0.4g时,锚索轴力逐渐增加,充分发挥张拉作用。（4）桩土压力与加速度傅里叶谱幅值集中于低频段,地震波沿高程传播存在“高频滤波效应”。（5）桩身位移谱幅值随峰值加速度增加而逐渐增大,沿桩身向上呈增加趋势;位移谱主频分布于1～4 Hz,卓越频率为2.5 Hz,与地震荷载的主频较接近。（6）桩体加速度间的关联性较好,桩体加速度、动土压力、桩体应变、锚索轴力相关性随输入峰值加速度增加而逐渐降低。     

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。     

预应力锚索抗滑桩板墙在库区地质灾害治理中的应用

介绍了奉节县吴家湾县医院住院部北侧高边坡地质灾害治理中预应力锚索抗滑桩板墙施工工艺及效果。     

锚拉式桩板墙加工技术研究

锚拉式桩板墙是一种可以代替高填方方路堤、多线 新型高路肩支撑结构。它同墙面桩、挡土板、锚定桩（锚索孔）及钢绞一探索组成。我侧墙面桩和亿人锚定桩通过拉索及锚具与之连接，并施加预应力，墙面桩间安装挡土板及 墙内填石，将整个桩板墙结构筑为一整体超静定结构，这是南昆铁路建筑施工中三大技术攻关项目之一，是中重点科研项目。     

预应力锚索桩设计与计算

为进一步完善预应力锚索桩的设计与计算理论, 节约工程投资, 较为准确地确定锚索桩锚索预应力值及锚索桩设计计算控制条件, 采用分段计算法和地基系数法, 根据悬臂梁挠曲变形理论和弹性地基梁理论, 计算预应力锚索桩锚索与桩变形协调时桩的变形与内力, 以控制桩锚固面处变形及改善桩身内力分布来设计计算锚索桩径、锚索预应力值及锚索长度.按桩身内力变化, 采用极限状态法, 以正负弯矩对桩进行双面配筋。经过多处工程实践, 该设计计算理论能较好地反映现场实际情况.      

预应力锚索预应力损失研究

分析了岩土锚索预应力损失的主要因素,建立了锚索预应力损失随时间变化模型,在此基础上,较精确地推算了锚索预应力损失情况及最终损失量,并为锚索预应力计算提供理论依据。通过对襄-十高速公路锚索预应力模拟计算,较好地印证了锚索预应力损失模型的合理性。     

预应力锚索锚固作用机理的数值模拟研究

在探讨预应力锚索现场足尺试验实施难点的基础上,利用FLAC3D对预应力锚固体的应力、位移特点,不同的锚索刚度、岩土体弹性模量以及预应力大小对锚固体剪应力的分布规律的影响、塑性破坏区的转移趋势进行了数值模拟,拟合了剪应力呈指数函数关系的分布公式。在剪应力峰值不断向锚固端扩展的推断下,提出了注浆体接触面处的锚索极限锚固力的计算公式,具有一定的理论和实践意义。     

某锚索抗滑桩板墙工程补强措施及负效应初探

介绍了高填方边坡治理工程补强措施,针对补强措施的负效应问题进行了力学分析,从岩土及工程力学角度探讨了负效应产生的原因,并就构件安全性及负效应的控制问题提出了个人见解。     

预应力锚索锚固效应的仿真试验与数值模拟研究

预应力锚固技术在岩土工程中已得到广泛应用,对其进行的研究工作也取得了许多成果,为论证已有成果并揭示其深层次的普适的工作机理,开展了室内大型仿真试验,并以仿真试验的结果为依据,验证有限元数值分析的力学模型,之后利用数值分析进一步延伸仿真试验结果,得出了有重要实用意义的结论.     

高速铁路小变形下陡坡地基路肩桩板墙力学响应

掌握高速铁路陡坡地基条件下路肩桩板墙力学特性是路堤侧向变形控制的关键。以贵广高速铁路某陡坡地基路肩桩板墙为试验工点,对墙背土压力、桩身内力与变形进行了900余天现场长期观测,讨论了墙后路堤分层填筑引起的墙土侧向变形形态差异及机械碾压残余应力对土压力分布的影响。结果表明：适应高速铁路小变形要求的强约束、深锚固路肩桩板墙能有效控制陡坡地基路堤侧向变形,桩体仅呈0.94‰的近似刚性转动,填筑完成后变形约占30%,且1.0～1.5 a趋于稳定;经碾压密实的墙后粗粒土填料,即使在小变形下依然能达到主动土压力状态;分层填筑引起墙后填土侧向变形呈现的“上小下大”分布形态与墙体位移相反,是墙背土压力呈现出中部大、两端小抛物线分布模式的重要因素;基于适筋梁受力状态及平截面假定,分别结合实测钢筋应力与混凝土应变换算得到的桩身弯矩具有良好的一致性,与极限地基反力法的理论计算吻合。     

改进的杆系有限元在预应力锚杆柔性支护法中应用

现在基坑设计中常用的杆系有限元计算方法是基于桩墙和锚杆联合支护的,不适用于预应力锚杆柔性支护。根据预应力锚杆柔性支护法的施工特点,改进了杆系有限元计算模型,提出柔性支护的开挖荷载计算方法,使之可以适用于预应力锚杆柔性支护法。编制了相应的计算程序,最后对一个实际工程进行计算分析,结果表明,用改进后的杆系有限元方法可以计算出预应力锚杆柔性支护的基坑水平位移、锚杆轴力,计算值与实测值较为吻合。     

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。     

竖向预应力锚杆挡墙整治滑坡应用技术研究

结合河北省太行山区阜长公路滑坡整治工程,利用工程物探、地质钻探等综合勘察手段,分析了某小型滑坡的发生发展机理,明确了该滑坡属牵引-外扩式浅层碎石类滑坡。本着经济、技术可行的整治原则,提出了采用竖向预应力锚杆挡墙整治滑坡技术措施。该方法利用锚固于地基中的锚杆对墙体施加的竖向预应力平衡滑坡体的下滑力,以达到减少圬工,降低工程造价的目的。并详细分析了竖向预应力锚杆挡墙的设计思路,介绍了其施工工艺及技术要点。良好的整治效果表明了该方法的有效性,可为同类工程地质灾害整治提供技术支持。     

地震作用下预应力锚索加固危岩体的动力响应分析

针对预应力锚索加固危岩体的特点,以某危岩体加固工程的3个典型工程剖面为实例,通过对不同动荷载作用下预应力锚索加固的危岩位移场、应力场分布特征的数值模拟计算,揭示了预应力锚索加固危岩体在地震作用下的动态响应和变化规律。分析结果表明,随着地震动峰值加速度（PGA）、反应谱特征周期（Tg）的增大,被加固危岩体的位移和应力值明显增大,应力集中区的范围扩大,围岩损伤的可能性增加,稳定性降低。其成果为危岩体抗震加固与减灾提供理论基础和实践依据。     

预应力锚杆对岩体板裂化的控制机制研究

为探究预应力锚杆对岩体板裂化破坏的控制机制,首先进行了岩体板裂化破坏的室内物理模型试验,并运用FLAC数值模拟技术,模拟了平面应变状态下板裂化破坏的形成过程;在此基础上,通过3种不同的预应力锚杆施加方案,进行预应力锚杆对岩体板裂化破坏控制机制的数值试验。研究结果表明：预应力锚杆的作用削弱了裂隙尖端应力集中现象,有效地抑制了岩体内裂隙的扩展与贯通、板裂化破坏的形成;作用在板裂区边界的预应力锚杆,不仅能够抑制板裂化破坏的形成,而且能在一定程度上控制板裂化破坏的范围;作用在板裂破坏区内的预应力锚杆,可有效限制板裂岩体向临空面的位移,体现出提高板裂岩体整体变形刚度的作用。研究结果对认识深埋隧洞围岩板裂化破坏的形成机制、板裂化破坏的合理支护控制以及岩爆防治具有重要指导价值。     

层状岩质边坡预应力锚索加固工程应用分析

对平庄西露天煤矿边坡滑移模式进行了分析,得出软弱层面是控制滑坡的主因。针对抗滑桩埋设深度受限、不能对边坡深部的潜在软弱层滑移面进行控制而形成随深增加潜在滑移体积累的特点,对采用预应力长锚索加固深部弱层面的方式进行分析研究,结果表明采用预应力锚索加固可以明显提高岩体强度,消除沿弱层面滑移的安全隐患。在矿山的实际应用证明,预应力锚索加固深部弱层面效果良好,达到预期结果。     

预应力锚索抗滑桩支挡结构体系数值模拟研究

为克服现行预应力锚索抗滑桩设计计算方法存在诸多问题,探讨了快速拉格朗日有限差分程序（FLAC）,对预应力锚索抗滑桩支挡结构体系进行整体数值模拟方法。以较好的考虑抗滑桩、预应力锚索、滑坡体及锚固地层之间的相互作用、共同工作特性,提高设计计算效率。工程实例数值模拟计算结果比较表明,该方法是可行的。不失为一种有效的新途径。可供有关设计部门参考。同时,数值模拟也揭示,与普通抗滑桩相比,预应力锚索抗滑桩受力更合理,可使桩的截面尺寸、桩的锚固深度及桩间距等的设计更加经济。