双排抗滑桩承载机理及土拱效应模型试验研究

设计并完成小比例边坡双排抗滑桩室内模型试验,通过在模型桩桩身粘贴应变片及在部分桩周土体内埋置土压力盒,量测加载过程中桩身的内力与桩周土体抗力的分布情况,进一步分析探讨不同推力荷载条件下双排抗滑桩结构的承载机理和内力位移特性。结果表明:桩顶水平位移与推力的变化曲线呈凹曲线状,随着推力的增加,水平位移加速增大;前后排桩的弯矩分布曲线呈S交变性,且桩顶弯矩值不再为零,随着水平推力荷载的增加,桩顶弯矩越来越大,桩身的正负弯矩绝对值也越来越大;双排抗滑桩在抵抗水平推力荷载时,桩间会产生明显土拱效应,出现弧形的裂缝。这些结论可为双排抗滑桩的理论研究与工程设计提供有益参考。     

列车荷载下的桩网结构低路基土拱效应

运用ABAQUS软件建立了桩网结构低路基动力有限元模型,通过计算结果与实测结果的对比验证了模型的可靠性,并分析了列车荷载下路基中动应力分布、桩土应力比与等沉面高度变化特征。分析结果表明:采用模型计算的路基不同深度处动应力与实测结果最大差值为0.56kPa,动位移的最大差值为7μm,计算和实测的平均动应力和动位移沿路基深度的传递趋势相同,因此,有限元模型可靠;在动荷载作用下,路基中存在土拱效应,土拱高度约为1.6m,与静荷载作用下土拱高度近似,路基表面的应力变化率比路基基底大;路基中动应力的分布受到土拱效应的影响,表现为传递到桩间土上方土体的动应力部分转移至桩顶上方,且在路基垫层附近动应力转移现象最明显;在动荷载作用后,路基中心处桩顶与两桩间的桩土应力比减小,而桩顶与四桩间的桩土应力比增大,桩顶与两桩间的桩土应力比始终大于桩顶与四桩间的桩土应力比;距离路基中心1m处纵断面等沉面高度为1.55m,布置桩体的纵断面等沉面高度大于未布置桩体的纵断面等沉面高度,且沿路基中心到路肩,同类纵断面的等沉面高度逐渐降低,动荷载作用后,路基中心处等沉面高度增大。     

土拱效应及土工格栅拉膜效应数值分析

为了更为清楚的认识桩网结构支承路堤土拱效应,建立了单桩简化模型。从沉降、竖向应力、主应力变化等方面研究了土拱效应产生的机理及变化特征,同时对土工格栅拉膜效应进行了研究。研究结果表明:路堤等沉面高度约为1.7倍桩净间距;路堤可分为土拱影响区和土拱未影响区,土拱影响区桩间土中心位置路堤竖向应力呈"S"形变化,土拱未影响区呈直线变化;桩顶应力分布不均匀,桩净间距小于1 m时,桩中心所受应力最小,桩边缘所受应力最大,桩净间距大于等于1 m时,桩边缘所受应力最小,靠近桩边缘处应力最大;路堤大、小主应力方向发生旋转,大主应力流线近似椭圆弧;土工格栅应力近似"M"形分布,靠近桩边缘的桩间土位置应力最大,桩间土中心和桩中心位置应力最小。     

地震作用下考虑土拱效应的桩间挡板土压力计算

桩间土拱效应的存在使得桩间挡土构件的地震动土压力计算不能套用传统的土压力计算理论。建立了考虑土拱效应的挡板土压力计算模型,采用水平层分析法推导了一种求解桩间挡板地震主动土压力的方法,并与卸荷拱法、拟化筒仓法、边坡规范法等进行对比。结果表明:土拱效应的存在使得挡板土压力明显小于Coulomb土压力,挡板土压力沿挡墙高度呈非线性分布且趋于一个极值,方法计算的土压力值介于卸荷拱法和拟化筒仓法之间;桩间土拱效应可以显著降低挡板承受的地震主动土压力;水平、竖向地震力会显著放大土压力,两者对土压力的贡献几乎相当;土压力增大系数与地震加速度近似呈线性关系。     

盾构法隧道施工时高承台被动群桩的土拱效应

通过建立有限元模型模拟天津市地铁一号线盾构施工,有限元模型得到的土体沉降曲线与现场实测吻合,在此模型基础上进一步研究隧道开挖过程中被动群桩的土拱效应.隧道开挖时,3×3被动群桩中远离隧道的边排桩的桩间土一般形成了“反向土拱”;靠近隧道的边排桩的桩间土拱的形式主要取决于同一位置处桩与土体的相对位移.当桩的水平位移小于土体时,桩间土体形成了类似于边坡工程及堆载情况下的土拱;反之,桩间土体形成“反向土拱”.桩长增加,当桩、土水平位移接近时桩间土拱效应肖失;与地面堆载等典型的被动群桩不同,隧道开挖时当被动群桩的桩间距由4m减小至2m时土拱效应消失.     

桩板墙在路堑高边坡加固处治设计中的应用

以广州某快速路扩建工程中一处深挖路堑边坡的加固处治为依托,结合边坡所在工点的地质勘察成果,确定了采用悬臂抗滑桩+挡土板+预应力锚索框架的加固方案。从确定坡体失稳潜在滑面与剩余下滑力,到确定抗滑桩桩型、桩间距及桩长均进行了计算分析,可为类似项目的设计和施工提供一定的借鉴和参考。     

基于透明土技术的桩后土拱效应特征分析

为研究圆桩后土拱效应的特征及演化过程，从细观角度开展了基于透明土技术的桩土相互作用试验研究. 首先开展了透明土配比试验，获取物理力学性质适宜的土体；其次设计了试验系统并得到透明土与桩相互作用的散斑场图像；最后通过particle image velocimetry （PIV）技术分析得到位移矢量图，进一步分析得到透明土位移变化规律. 研究结果表明:通过位移矢量图可以得到圆桩作用下土体运动趋势及土颗粒的位移特征，并可进一步解译得到位移等值线构成的拱形结构，即桩后土拱结构，呈现出抛物线形，其范围与桩径、桩间距及深度有相关性；桩径越大，土拱区域越大，桩径30 mm时，土拱高达100 mm，桩土相互作用的影响范围越大；桩间距越大拱高最大值越大，桩间距80 mm时，土拱高也达100 mm；不同深度下土拱拱高在变化趋势上有较大的相似性，深度越深，土拱的最大拱高越小，深度50 mm时，拱高60 mm；通过拟合公式得到，土拱最大拱高沿桩身方向从桩顶至桩底呈逐渐减小趋势，同时随土体位移增加，表现出先增大，后趋于一稳定值的特征，其稳定值的大小与桩径呈正相关、桩间距呈正相关及深度呈负相关.      

某路堑边坡支护方案模拟及优化分析

以某高速公路为项目背景，利用有限元软件模拟分析了锚拉式抗滑桩支护边坡的稳定性和桩身水平位移的变化情况，在此基础上对原方案中出现的桩身位移情况进行了方案优化。研究结果表明，边坡的潜在滑动面位于粉质黏土层，预应力锚索抗滑桩对边坡的稳定性提高了38.5%，但桩前土开挖后边坡稳定性下降。优化方案综合考虑初始方案中的水平位移和稳定系数的情况，优化了锚索抗滑桩的设置位置，在保证边坡稳定性的前提下，较好地降低了桩身的水平位移值和弯矩值。     

基于现场试验的桩网复合地基垫层效应分析

为对桩网复合地基垫层设计提供参考,对4组不同桩帽尺寸的桩网复合地基进行了现场试验,测试、分析了路堤荷载作用下的地基沉降、基底压力和垫层筋带拉力.结果表明:桩顶设置桩帽的作用显著,可有效降低桩顶压力,减小桩顶筋带拉力,缩小桩土沉降差;土拱高度与桩间净距有关,试验条件下约为桩帽间轴线净距的0.9~1.3倍;桩顶压力分布不均匀,中间小,边缘大,前者约为后者的67%~79%;桩顶筋带拉力最大,桩帽边缘筋带拉力大于桩中心.     

门型微型抗滑桩的前、后桩体受力不均衡系数分析

在通平高速公路K38＋560-K38＋680高边坡微型抗滑桩加固工程中,假定桩体外力为三角形分布模型,利用虚位移原理,理论推导的门型钻孔灌注微型桩前、后桩体对边坡剩余下滑推力分配比例为33：67．工后应力监测发现：桩身土压力呈近似三角形分布,前、后桩在组合桩结构中自我调整受力大小,前、后桩受力比值呈0．45-0．62-O．30规律变化,土压力向后桩转移．受荷段和嵌固段的最大剪应力都在滑面附近,前桩的最大剪力点比后桩的高一个滑床弱面夹层厚度．该工程微型抗滑桩设计的前、后桩体受力分配比对类似工程具有重要的参考意义．     

缓倾顺层高边坡锚框桩组合结构抗滑分析

锚索、框架梁、抗滑桩组合结构在解决高速公路大型高边坡抗滑稳定中已逐渐得到应用.本文依托重庆涪—丰—石高速公路工程典型路段的边坡工程实例,对锚索框架梁与抗滑桩组合结构在治理砂泥岩互层缓倾顺层高边坡中的作用进行了逐个分析,以现场的测试结果和边坡的稳定性计算为依据,得出了以主动控制为主的锚索框架梁与以被动控制为主的抗滑柱的组合结构可以有效治理砂泥岩互层缓倾顺层高边坡的结论,达到了预期的设计效果.     

下沉短桩越顶问题的有限元分析

下埋短桩是一种介于抗滑键与全长桩的一种特殊的抗滑桩,在合适的位置上采用将桩顶下沉设置较短的桩就可使边坡达到设计要求的安全系数,而桩身内力较全长桩有所降低,因此从经济角度与受力方面来看,具有良好的应用前景,但是滑体有可能沿桩顶失稳剪出,导致边坡工程失败,在应用上受到了很大的制约.现以云阳县太公沱至余家包库岸大咀段库岸滑坡工程为例,对用下埋短桩治理后是否越过抗滑短桩桩顶问题,采用了有限元强度折减法验证.     

下沉短桩越顶问题的有限元分析

下埋短桩是一种介于抗滑键与全长桩的一种特殊的抗滑桩,在合适的位置上采用将桩顶下沉设置较短的桩就可使边坡达到设计要求的安全系数,而桩身内力较全长桩有所降低,因此从经济角度与受力方面来看,具有良好的应用前景,但是滑体有可能沿桩顶失稳剪出,导致边坡工程失败,在应用上受到了很大的制约.现以云阳县太公沱至余家包库岸大咀段库岸滑坡工程为例,对用下埋短桩治理后是否越过抗滑短桩桩顶问题,采用了有限元强度折减法验证.     

桩板墙结构加固边坡的稳定性分析

为探讨桩板墙加固边坡的稳定性,根据多块体滑移理论,采用极限分析上限定理,导出了为保证边坡稳定桩板墙结构中抗滑桩应提供的抗力的计算公式,提出了桩板墙结构加固边坡稳定性的一种新的分析方法.用该方法对算例进行了分析,并与旋转破坏模型获得的结果进行了比较.研究结果表明:桩板墙结构中,抗滑桩应提供的抗力随边坡坡角增大而增大,随坡体材料抗剪强度增大而减小;边坡潜在滑移面埋深随坡体抗剪强度增大变浅;按新方法得到的潜在滑移面比基于旋转破坏模型获得的潜在滑移面更危险.      

灰土挤密桩复合地基桩土应力比试验研究

结合灰土挤密桩处理湿陷性黄土地基工程实际进行了单桩、三桩复合地基静载荷现场试验。试验结果表明：桩顶应力、桩间土应力随板底应力的增大而增大,并且应力逐渐向桩顶集中;距离桩边不同位置处的桩间土应力沿桩径方向呈非线性分布;相同的板底应力条件下,单桩复合地基桩土应力比大于三桩复合地基桩土应力比,该结论可为类似复合地基设计提供参考。     

建渣土工袋挡土墙室内模型试验

建渣土工袋挡土墙是一种新型的柔性支挡结构,将建渣用作土工袋填料,有利于建渣的回收利用.设计并开展了建渣土工袋挡土墙室内模型试验,研究了不同工况下坡顶竖向沉降的变化规律、墙后土压力和墙面水平位移沿墙高的分布特征以及坡体破坏模式.研究结果表明:增加建渣土工袋挡土墙后的坡顶破坏荷载比无支护时提高了87.5%~125%,边坡支护效果十分显著;坡比从1:0.75增加到1:0.25时,坡顶承受的破坏荷载降低了11.8%~29.4%;建渣土工袋挡土墙墙面水平位移随墙高呈鼓型分布,最大水平位移位于距墙底约1/3~1/2高处.建渣土工袋挡土墙墙后土压力为非线性分布,最大土压力值出现在距墙底约1/3高处;建渣土工袋挡土墙墙后土体的滑裂面从圆弧形向折线形变化,滑裂面前缘高度均位于距墙底1/3~1/2高处;距墙底约1/3~1/2高处为建渣土工袋挡土墙的薄弱部位,在设计和施工中应考虑一定的工程措施予以加强.      

强震作用下近断层桥梁桩基动力响应

为探明强震作用下断层上、下盘桥梁桩基动力响应差异，依托海南省海文大桥工程，通过振动台模型试验，研究了0.15g~0.60g地震动强度作用下断层上、下盘桩基的桩身加速度、桩顶相对位移、桩身弯矩响应规律差异与桩基损伤特征。研究结果表明:在不同地震动强度作用下，断层上、下盘桩基的桩顶加速度峰值相差0.291~0.488 m·s-2，桩顶加速度放大系数相差0.067~0.195，原因为断层对两侧岩土体影响范围存在差异与桩周岩土体“非线性”差异；随着地震动强度的增大，断层上、下盘桩基的桩顶相对位移差值逐渐增大，最大差值为0.77 mm；断层上、下盘桩基的弯矩最大值相差5.294~82.932 kN·m，且弯矩最大值均出现在覆盖层软硬土交界面与基岩面附近，原因在于下盘作为稳定盘，受上盘土体挤压作用，对下盘岩土体的振动剪切有一定抑制作用；地震动强度为0.35g时，断层上、下盘桩的最大弯矩均未超过抗弯承载力，满足海文大桥抗震设防烈度Ⅷ度(0.35g)的要求；地震动强度为0.35g~0.45g时，断层上盘桩的基频变化幅度较小，地震动强度为0.50g~0.60g时，断层上盘桩的基频显著降低，在桩顶与承台连接处、软硬土层界面与基岩面附近出现裂缝，说明此时桩基已发生损伤。可见，断层上盘桩基的桩身加速度峰值、桩顶相对位移与桩身弯矩动力响应指标均大于下盘桩基，断层上、下盘桩基动力响应变化规律差异显著，体现出显著的“断层上盘效应”，因此，强震作用下近断层桥梁桩基础抗震设计时，应着重考虑断层上盘桩基础的抗震承载能力。      

双排抗滑桩在高家坪滑坡治理中的应用

抗滑桩因其良好的抗滑能力被广泛应用于滑坡治理中。针对宝成铁路109隧道改线段高家坪滑坡设置了两排抗滑桩,滑坡体前缘支挡防护措施,做好坡面排水和防水;采用FLAC3D数值模拟和传递系数法对滑坡体稳定性、滑坡推力和抗滑桩内力进行了计算和分析,说明双排抗滑桩设计合理。实践证明抗滑桩方案整治效果良好,确保了改线段铁路工程的稳定,该滑坡整治经验可供同类工程施工参考。