微型桩在路堑边坡加固中的应用及机理分析

研究目的:传统抗滑桩采用人工挖孔施工,工期长并且混凝土圬工量大,难以用于路堑边坡快速加固,为此采用钻孔微型桩对广(元)~巴(中)高速公路K51路堑边坡病害进行治理,本文介绍微型桩加固工程概况及设计参数,并采用数值分析手段对带承台微型抗滑桩加固单元的加固机理进行分析。研究结论:(1)作用在微型抗滑桩上的推力近似呈三角形分布,并且微型抗滑桩加固单元内各排桩受力具有不均匀性;(2)侧向挤压作用下各排桩的受力机制差别不大,剪力和弯矩峰值随边界位移不同位置略有差异,模型试验与计算结果均表明,微型抗滑桩加固边坡的破坏模式为沿潜在滑面所产生的整体滑移;(3)承载力分析结果表明,微型抗滑桩加固单元的极限抗滑力大于设计下滑力,表明K51工点边坡选用微型抗滑桩加固方案代替原重力式挡墙是可行的,能够确保被加固边坡的安全;(4)该研究成果可为微型桩在山区边坡(滑坡)加固中的工程应用提供理论指导。     

微型桩大型振动台试验-坡体及桩动力特性研究

研究目的:微型桩是一种柔性支挡结构,在地震中其发生弯曲变形,可以有效避免脆性破坏的发生,因而在抗震加固中常被优先采用。目前,对微型桩的研究多集中于其静力学特性,通过大型振动台试验进行其动力学特性的研究很少。为研究微型桩及其加固边坡的动力学特性,本文就平行体系和"人"字形体系两类微型桩支护边坡的大型振动台试验及数值计算展开分析,并比较两类微型桩的抗变形能力和承载能力。研究结论:(1)边坡在地震作用下变形最先开始于坡体后缘的张拉裂缝,坡体中竖向裂缝较多,水平地震作用对坡体的变形影响更大;(2)地震作用下,微型桩变形表现为以滑面为界的"S"形弯曲变形和桩顶绕桩底的旋转变形;(3)微型桩弯矩呈现"S"形分布,剪力呈现"■"形分布;(4)"人"字形体系微型桩的抗变形能力和承载能力较平行体系微型桩更强;(5)本研究成果主要应用于边坡工程的抢险与加固。     

钢管微型桩极限抗滑力的工程实例分析

研究目的:微型桩具有施工简便、施工快速、布置灵活、抗滑能力较强的特点,在山区边坡(滑坡)加固中得到了广泛的应用.基于钢管微型桩加固边坡的破坏实例,采用有限元方法进行反分析,对钢管微型桩的极限抗滑力进行研究.研究结论:对于采用了桩顶连系梁的钢管微型桩组合结构而言,桩后滑坡推力呈上部大、中间小、下部大的“U”型分布形式;桩前土体抗力呈上部大下部小的倒三角形分布.钢管微型桩组合结构(四排钢管桩+连系梁)的极限抗滑力为596 kN,单根钢管微型桩的平均极限抗滑力为149 kN.在实际工程中,可采用改良桩间土、桩前设置支撑结构、优化结构布置形式等工程措施来提高钢管微型桩的抗滑能力.     

不同地层和滑坡推力分布对微型桩受力影响分析

针对"八"字形顶板连接微型桩组合结构,采用有限元方法研究不同地层组合条件下微型桩组合支护体系加固分级开挖边坡的地震动力特性。研究结果表明:最不利情况下,静力开挖作用与地震作用微型桩组合结构的变形方式均呈现出整体向山体外侧弯曲的趋势,且地震作用下微型桩轴力值较大;滑床岩体性质越好,微型桩所受轴力越小;在滑坡推力作用下,微型桩轴力极值基本都出现在靠山体侧微型桩上,实际工程中可根据靠山体侧桩受力进行设计;对于具有同一地层组合结构的边坡,不同滑坡推力分布形式下微型桩轴力大小排序为:滑坡推力均匀分布梯形分布三角形分布。     

微型桩抗滑复合结构设计理论探讨

研究目的:通过对微型桩组合结构的理论探讨,提出相应的计算公式,以此合理确定组合桩的间距;组合桩上的桩前抗力和桩后滑坡推力,为微型桩组合结构设计提供依据.研究结论:通过研究,微型桩设计可遵循以下几点:桩间距可按微型桩等效直径的2.5～3.5倍考虑;可借用滑坡分析的计算方法来计算桩上的滑坡推力,计算模式可简化为滑面以上受推力或土压力作用的刚性顶板的多柱框架,滑面以下为了简化计算按固定端考虑;滑面微型桩加固后总的抗剪强度为滑面抗剪强度加桩的抗剪力.     

加固膨胀土边坡的单排抗滑桩受力性能分析

根据边坡浅表层的膨胀力随深度变化模型,将膨胀力引入到抗滑桩受力分析及膨胀土边坡稳定性分析中。基于4类经典的边坡稳定性极限平衡条分法并考虑桩间局部土体对抗滑桩的摩阻作用,给出膨胀土边坡抗滑桩的剪力计算方法—在给定设计安全系数下以桩身剪力取得最大值为条件迭代计算,得到了是否考虑抗滑桩桩间土体摩擦作用的桩身剪力上、下边界值的解,以及在给定安全系数下的加桩边坡潜在最危险滑面位置的圆弧型滑面搜索算法。对云桂铁路一工点膨胀土路堑边坡实例分析结果表明:考虑膨胀力时桩身剪力较不考虑膨胀力时显著增大,膨胀力越大剪力也越大;若不考虑膨胀力剪力约降低80%~90%,偏于不安全;通过简化Bishop法、Morgenstern-Price法和Spencer法分析得到的抗滑桩剪力结果较为接近,而Fellenius法的计算结果则大于前三者,最大偏差约20%。     

预应力锚索对微型桩结构抗滑性能影响的试验研究

在传统微型桩顶部联系梁上加设斜向预应力锚索,构成新型复合挡锚结构的锚索微型桩。采用分级加载方式进行双排传统微型桩和锚索微型桩加固土质边坡的室内模型试验,并结合相同条件的FLAC3D数值计算,对比分析锚索微型桩和传统微型桩以及采用两者加固后边坡的变形和受力特征,进而探讨锚索微型桩的抗滑机理。结果表明:相比传统微型桩,经锚索微型桩加固后边坡的变形和联系梁的位移明显减小;锚索微型桩周围产生应力集中区,形成结构—土体的复合骨架体系,阻滞了致滑应力和变形沿滑坡方向的传递;预应力锚索有效增强了微型桩结构的侧向刚度,结构侧向倾斜变形减小;微型桩的内力和外力分布趋于均匀,有利于及时和充分地发挥桩体的力学性能;随着堆载的逐级增加,微型桩结构的变形过程分为小变形、大变形和极限破坏3个阶段,对应的桩—锚荷载分担比呈先增大、后减小和再增大的变化规律,极限破坏阶段的分担比稳定在1.3~1.5之间。     

“人”字形微型桩体系内力计算方法比较研究

研究目的:工程上一般将顶部连接的微型桩抗滑结构体系简化为单桩受推力作用模型,以计算荷载在滑面处产生的内力,没有将其按照体系结构考虑。本文将"人"字形微型桩体系滑面以上部分分别简化为独立单桩模型、顶部铰接刚架结构模型和顶部固定连接刚架结构模型,在滑坡推力为矩形分布条件下,推导滑面处内力的计算公式并进行对比研究。研究结论:(1)简化为独立单桩模型的计算公式同刚架结构模型计算公式比较,存在较大差异;(2)按照刚架结构模型计算,滑面处弯矩和剪力均显著减小,轴向力增大,表明简化模型计算方法不适用于微型桩体系内力计算,该简化模型计算结果对微型桩体系的桩体抗拔力考虑不足,计算也表明刚架结构的顶部连接方式对计算结果影响相对较小;(3)本研究成果可供类似抗滑结构体系设计时参考和借鉴。     

微型桩-锚索系统加固边坡影响因素分析

研究目的:用微型桩加固边坡时,由于微型桩截面较小,所以难以进行大型边坡的加固。为了解决微型桩承载力低的问题,本文将微型桩与预应力锚索相结合,提出一种微型桩-锚索复合系统,结合工程实例研究微型桩-锚索系统加固边坡的效果,并对影响微型桩-锚索系统加固边坡稳定性的主要因素进行分析。研究结论:(1)微型桩-锚索系统可以明显提高加固边坡的稳定性,当锚索预应力约为400 kN时,复合系统的加固效果最好;(2)在微型桩-锚索系统中不同排微型桩受力具有不均匀性,作用在各排微型桩上的推力大小具有以下关系:反坡桩竖直桩顺坡桩;(3)当微型桩与竖向夹角为25°左右,预应力锚索与水平向夹角为14°左右时,微型桩-锚索复合系统加固边坡的效果最优;(4)实际工程中,建议将微型桩与预应力锚索之间接头部位进行焊接,并采用细石混凝土等进行封锚,可以保证二者协同受力;(5)本研究成果可为微型桩-锚索系统在山区边坡(滑坡)加固工程中的应用提供理论指导。     

微型桩组合结构抗滑机理模型试验研究

针对框架梁连接的微型桩组合结构,采用模型试验与有限元分析相结合的方法,对微型桩桩后土压力和桩身水平位移进行测试和分析,研究微型桩组合结构抗滑机理。结果表明:采用框架梁连接的微型桩组合结构,其抗滑机理除了表现在微型桩组合结构增强了滑带的抗剪能力外,各排微型桩还承受较大的弯矩和土体抗力作用;依据模型试验结果,将碎石土受到的土压力采用矩形分布时,运用桩—土相互作用的有限元分析方法计算桩身弯矩和桩身水平位移是合适的,各排微型桩桩身水平位移的理论分析结果与实测结果较为吻合;在模型试验条件下,施加35.49kPa的滑坡推力时作用在第1—第3排桩上的剩余滑坡推力分别达到2.46,2.11和1.01kN·m-1,剩余滑坡推力比为2.44∶2.09∶1。     

微型桩地震动力特性数值模拟研究

微型桩是一种新型边坡支挡结构,地震中耗散能量较多,在边坡工程抗震抢险中被优先使用。目前微型桩的研究主要为静力特性的研究,对其动力特性的研究较少。运用数值软件FLAC3d对平行布置微型桩和"人"字形布置微型桩的动力学特性进行分析研究。研究表明:两类微型桩在地震作用下弯矩呈现"S"形分布特点,剪力呈现"〉"形的分布特点;当地震波峰值加速度0.4g时,地震作用对两类微型桩的弯矩和剪力影响较小,当地震波峰值加速度≥0.4g时,地震作用对两类微型桩的弯矩和剪力影响较大;"人"字形微型桩同平行微型桩相比桩身弯矩较大、剪力较小,"人"字形微型桩的抗震承载能力更强,抗震效果更佳。     

基于对数螺旋滑移面的土质高边坡土钉加固方法研究

简要介绍一种新的土质边坡滑裂面破坏形式--对数螺旋滑裂面.考虑了土钉抗剪作用后建立了土质边坡对数螺旋滑移面破坏形式的计算模型,给出了土钉剪力、轴力以及应用极限平衡法下的安全系数求解公式,对边坡加固后的稳定性进行了分析.对某一工程实例进行了对比分析,用实际数据论证了土钉抗剪作用不能被忽略的结论.     

组合板抗滑桩抗滑特性模型试验研究

通过3组不同工况边坡加载模型试验,研究门字形组合板抗滑桩和工字形组合板抗滑桩的抗滑特性。结果表明:组合板抗滑桩提供较大抗剪刚度,加固效果明显,破坏承载力最大提高33.3%;工字形组合板抗滑桩破坏承载力较门字形提高20%,加固效果更优;组合板抗滑桩土压力呈三角形分布,工字形与门字形极限状态桩后土压力峰值之比为1∶1.40~1∶1.58,内、外板峰值弯矩最大比分别为1∶4.54和1∶3.82;顶板弯矩图呈上凸状,2种类型的组合板抗滑桩峰值弯矩为2倍关系;腹板整体受压,极限状态腹板应力最大值是土压力峰值的16倍。     

微型抗滑桩加固边坡极限抗力研究

研究目的:微型抗滑桩具有桩位布置灵活、施工速度快、对施工场地适应性强、对环境影响小等优点,近年来在边坡加固领域得到广泛应用和推广,但目前缺乏分析微型抗滑桩加固边坡极限抗力的科学方法。基于此,本文采用数值分析手段建立微型抗滑桩加固边坡的极限抗力分析模型,以桩身弯曲承载力、剪切承载力和结构位移为控制条件,提出一种微型抗滑桩加固边坡极限抗力的分析方法,并进行力学机制研究。研究结论:(1)不同类型边坡微型抗滑桩提供的极限抗力有所不同,岩土强度越高微型抗滑桩提供的极限抗力越大,整体而言,对于土质边坡,微型抗滑桩的极限抗力主要受桩身弯曲承载力控制;对于岩质边坡,微型抗滑桩的极限抗力主要受剪切承载力控制;(2)滑坡推力主要由靠近荷载的半幅桩承载,远离荷载的半幅桩基本不受力;(3)微型抗滑桩与岩土的接触反力主要由靠近荷载桩单元的正应力提供,剪应力的影响不大;(4)该研究成果可为微型抗滑桩在边坡加固工程中的设计和安全评价提供理论依据。     

基于极限理论的抗滑桩-加筋土组合加固高填筑边坡稳定性分析

采用加筋土挡墙单一结构加固高填筑边坡,其加固效果不理想且稳定性难以满足工程要求,因此抗滑桩-加筋土组合加固高填筑边坡稳定性分析方法亟待深入研究。基于虚功原理和小应变假设,建立了抗滑桩-加筋土联合加固高填筑边坡受力变形的极限分析上限理论模型。通过能量平衡原理以及强度折减法,推导了组合加固高填筑边坡的安全系数计算表达式,并编制了计算程序将安全系数隐函数转化为数学优化问题进行求解。通过该方法求解了实际工程案例中加筋土、抗滑桩以及抗滑桩-加筋土组合支护边坡的安全系数,据此对比分析验证了基于极限理论方法求解边坡安全系数的合理性,进一步通过数值模拟,探讨了筋材长度对加筋土边坡、抗滑桩-加筋土组合加固边坡安全系数的影响,并对不同工况下边坡破坏模式展开分析。研究结果表明：坡体稳定性主要是由贯穿式滑动带控制,增加土工格栅长度能提高边坡安全系数,改变边坡的滑移形式;对于抗滑桩-加筋土联合加固边坡,在土工格栅长度相同工况下,增设抗滑桩可大幅度提高边坡的安全系数,使得边坡原有的滑裂面由浅层滑移向坡体深部下移,边坡破坏形式由开始2条贯穿滑裂面转变为单一未贯穿滑裂面;抗滑桩最大弯矩值随着土工格栅长度增加而增大,桩...     

微型桩群加固土坡抗滑力数值模拟研究

研究目的:微型桩直径通常小于300 mm,由于单桩抗滑力小,加固土坡时须成群布置,微型桩群-土坡体系是一个三维空间体系,力学机制复杂,目前对其抗滑力缺乏深入研究。基于此,本文借助于数值模拟手段,对微型桩群加固土坡的抗滑力开展系统研究,并对设计参数影响进行分析。研究结论:(1)微型桩群的抗滑力随着桩间距的减小明显增大,但单根的加固效率有所降低,实际应在保证群桩抗滑力的前提下尽量发挥单桩的加固效率;(2)微型桩群加固土坡的抗滑力随着桩排距变化不明显;(3)随着锚固长度的增大,微型桩群的抗滑力逐渐增大,结构变形由刚体旋转逐渐转化为横向弯曲变形,对于微型桩群加固土坡而言,最优锚固长度约为潜在滑面以上桩长的2倍;(4)该研究成果可为微型桩加固土坡的工程设计和安全评价提供理论依据。     

含地裂缝岩质边坡采用微型钢管桩加固效果分析

根据拟建建筑物的建设需求对某边坡进行开挖,发现在拟建建筑物的周围有地裂缝,对该边坡采用微型钢管桩加固,并采用强度折减法,应用 ABAQUS软件对加固效果进行分析,分别计算建筑物修建前后、边坡加固后、降雨和地震情况下的边坡稳定系数.分析结果表明:在天然状态下降雨后,场地的稳定系数为1.028,采用微型钢管桩加固处理后,场地的稳定系数增大为1.123;在边坡加固后且建筑物修建后发生降雨时,边坡稳定系数为1.011.各种工况下的稳定性系数都>1.000,说明场地整体稳定.     

加筋水泥土排桩加固路基设计计算方法研究

研究目的:加筋水泥土排桩法是一种新型的既有路基加固方法,适合在列车运行条件下进行施工,加固效果可靠,但其设计计算方法研究较少。本文以加筋水泥土排桩加固机理作为设计的理论依据,建立设计计算模型,结合混凝土结构设计原理,提出基于弹性地基梁的加筋水泥土排桩加固路基设计计算方法。研究结论:(1)通过合理的假定,加筋水泥土排桩的设计计算模型简化为等效钢筋水泥土板;(2)加筋水泥土桩的弯矩、剪力及变形可基于弹性地基梁理论进行计算;(3)加筋水泥土桩顶上填土厚度(从轨底算起)小于3 m时,应计列列车竖向动力作用;(4)本设计计算方法概念明确、计算简单,易于工程技术人员学习和掌握;(5)加筋水泥土排桩具有广阔的应用前景和推广价值;(6)本研究成果可应用于加筋水泥土排桩加固既有路基的设计。     

微型桩群整治堆积层滑坡模型试验研究

以陕西省西安市北郊的黄土为土样,采用框架物理模型相似试验,研究在不同含水率的情况下用3排微型桩整治堆积层滑坡时桩体受力情况,分析微型桩桩顶位移、桩身弯矩、桩前土压力和桩体破坏模式。结果表明:在合理的桩间距、排间距和锚固深度的情况下,当滑体的含水率在10%左右时,3排桩的加固效果比较好。     

雨水浸润软化下路基土质边坡浅层稳定分析

在雨水浸润软化引起边坡浅层失稳的"顺坡平面"和"顺坡折线"两种破坏模式基础上,明确边坡浅层溜坍呈现组合式"顺坡曲面"失稳模式;基于Mohr-Coulomb强度理论,建立雨水浸润软化土体达到破坏的判别方程,导出顺坡向滑动的主滑区滑体产生剩余下滑力对应的最小软化深度zcr,论证软化深度zw=zcr仅是产生浅层失稳破坏的必要条件,充分条件还须考虑上下缘滑体的力学作用;确定对数螺旋线滑体上下缘滑动面形态,提出满足上下缘滑体力矩平衡、中段主滑体静力平衡的土质边坡浅层稳定分析方法。分析表明:浅层边坡失稳的主滑区范围L2随zw呈双曲线衰减关系,在L2=0对应的最大浸润软化深度zf下,滑动面退化为具有对数螺旋线型特征的单一整体滑面破坏模式。