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.     

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.     

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。     

多排微型桩边坡加固的效果分析

微型桩因放坡空间小、侧向刚度大等特点被广泛应用在边坡治理中。本文运用ABAQUS软件模拟多排微型桩,分析土层条件以及桩排数对微型桩加固效果的影响。研究结果表明:微型桩在滑坡推力的作用下其主要破坏模式是抗弯破坏,最大剪力发生在滑面附近,滑面处第1、第2、第3排桩最大剪力比值约为1∶(0. 64～0. 88)∶(0. 48～0. 75);边坡滑体岩土强度越高,微型桩群与桩间土体整体移动趋势越强,各排桩之间位移差距越小;在软弱地层条件下仅设置竖向排桩加固效果不明显,未能较好地发挥其抗滑作用。     

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。     

“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。     

抗滑桩桩后滑坡推力分布形式研究

研究目的:滑坡推力大小及分布形式是抗滑桩结构设计的主要依据,直接影响着桩体结构的内力及大小,而目前关于滑坡推力分布模式的选择分歧很大。为合理分析抗滑桩推力分布及桩体内力,本文以杭长铁路古木冲桥段边坡为例,采用改进的条分法理论计算、室内模型试验及数值模拟三种方法来研究抗滑桩桩后滑坡推力的分布形式,以便更好地优化抗滑桩设计。研究结论:(1)引入弹性模量弱化系数与黏聚力弱化系数对力学参数进行弱化处理,采用双向两次条分的改进条分法计算桩后滑坡推力,考虑了滑体分层的岩性差异,结果更接近实际;(2)室内相似模型试验、数值模拟得到的滑坡推力和改进条分法计算的滑坡推力规律接近:随着埋深的增加,桩后滑坡推力不断增大,滑坡推力分布形式整体呈折线状,桩顶至埋深1/2段呈近似三角形分布,埋深1/2至埋深2/3段呈近似矩形分布,埋深2/3至滑面处呈梯形分布,最大推力位于滑面处;(3)本研究结论可供边坡工程抗滑桩设计参考。     

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。     

基于多目标综合评价法的边坡抗滑桩桩位优化设计

抗滑桩-边坡体系设计中,安全系数、桩后滑坡推力和桩身长度是影响桩位确定的主要因素。利用多目标综合评价法将上述因素综合考虑,建立用于桩位选取的多因素优化模型,分别计算出不同桩位的优属度,比较优属度大小后确定最合理的桩位。研究结果表明:在边坡中部设桩时桩前土体抗力较大,桩身将滑移面分为前后2个部分,边坡安全系数、桩后滑坡推力和桩身长度较大,加固效果明显,但经济性相对较差;在坡顶或坡脚处设桩时桩前土抗力小,坡体内部容易形成新的贯通滑移面,安全系数、桩后滑坡推力和桩身长度较小,但安全性相对较差。由于不同桩位上桩前土抗力差别较大,桩后滑坡推力曲线在边坡中部出现一个平台,桩后土推力呈现抛物线形式。利用多目标综合评价法将上述因素值进行建模计算,发现将抗滑桩设置在边坡中下部,距坡脚水平距离6 m处的桩位优属度最大,这与实际工程经验相符。     

爆破荷载下岩质直立边坡预应力锚板墙动力响应机理

以重庆沙坪坝铁路枢纽综合改造工程开挖形成的岩质直立边坡为原型,利用FLAC3D软件建立数值计算模型,分析预应力锚板墙边坡支护结构在不同开挖位置的爆破荷载作用下的动力响应特性。在此基础上,讨论锚杆预应力大小、爆破峰值荷载和锚固段长度几种参数对于支护结构受力状态和结构变形的影响。计算结果表明:爆破作用下锚杆轴力增量分布与静力作用下相似,并且锚杆轴力增量和板墙位移都在边坡中部达到最大,而上下位置较小。对比锚杆轴力增量和板墙水平位移增量的数值模拟和理论计算结果,验证了板—锚结构之间存在的变形协调现象。通过各种影响因素的计算结果分析得到了岩质边坡预应力锚板墙支护在爆破作用下的动力变化规律。     

圆形截面抗滑桩模型试验研究

基于相似理论,对工程实际中应用的圆形截面抗滑桩进行模型试验,观测模型桩的钢筋应力、弯矩、剪力、裂缝分布和变形情况。试验结果表明:在滑坡推力作用下混凝土承受的弯矩远小于钢筋承受的弯矩,钢筋承担了大部分的滑坡推力;在滑坡推力作用下圆形截面抗滑桩的弯矩和剪力曲线均呈S形分布;滑坡推力均匀作用在整根桩上;圆形截面抗滑桩底部为最容易发生破坏的脆弱区。     

沉埋式双排抗滑桩加固滑坡承载机理研究

为探究沉埋式双排抗滑桩(沉埋式后排桩和全长式前排桩的组合形式)的承载机理,采用土压力盒和应变片完成一系列室内模型试验,在外界施加的滑坡推力作用下,量测桩身内力变化与桩周土体压力的变化情况,研究桩身受力的分布形式和土拱效应,并分析后排桩长度变化时的双排桩的受力变化规律。研究结果表明,沉埋式双排抗滑桩的受力方式不同于全长双排抗滑桩的受力方式:沉埋式抗滑桩前排桩桩后推力分布形式为梯形分布,桩前抗力分布形式为矩形分布;后排桩桩后推力分布形式呈梯形分布,桩前抗力分布形式为倒梯形分布。后排桩的沉埋深度对前排桩的土拱效应有着较大的影响,并且分析认为当前后排桩承载比较接近时的沉埋深度为设计沉埋深度。为进一步探究排距对沉埋深度的影响,运用FLAC3D,探讨不同排距下双排桩的承载比。研究结果表明,随着排间距增大,后排桩的设计沉埋深度逐渐减小。     

坡体结构对地震滑坡发育贡献率研究

根据地震滑坡数据资料,基于贡献率分析法和极差分析法,分析了坡体组成、坡度、坡型、斜坡坡向与地层倾向差以及斜坡坡角与地层倾角差共五个坡体结构因素对地震滑坡发育的贡献率。研究表明:坡体结构不仅决定着滑坡的空间分布,而且控制着地震滑坡面积、体积及变形长度;斜坡坡角与地层倾角差、坡度的贡献程度最高,坡体组成的贡献程度中等,坡型、斜坡坡向与地层倾向差的贡献程度最低。研究结果可为以后的滑坡研究及防治提供借鉴参考。     

边坡桥梁桩基大型振动台模型试验研究

通过大型振动台试验,研究地震荷载作用下某铁路线上一代表性的陡坡地段抗滑桩支护桥梁桩基结构体系的抗震性能。模型与原型按照尺寸相似比1:40进行模型试验相似设计。模型试验通过输入的正弦波和汶川波的测试结果分析边坡模型地震作用规律。结果发现:桥梁桩和抗滑桩桩间土压力呈三角形分布,抗滑桩后土压力呈"R"形分布;边坡对监测点加速度有放大效应;位移随地震荷载增加而增大。抗滑桩的各种响应强度均大于桥梁桩基,说明抗滑桩对桥梁桩基有很好的支护作用。试验研究为边坡抗滑桩-桥梁桩基新结构抗震设计奠定了良好的基础。     

堆载作用下桩基受力特性分析

以郑徐(郑州—徐州)高速铁路一特大桥桩侧堆载为背景,采用ABAQUS建立桩-土相互作用有限元模型,研究在不同堆载等级和堆载距离下桩侧摩阻力和桩身轴力的分布规律以及桩顶沉降规律。结果表明:桩侧负摩阻力主要分布在0.57倍桩长范围内,堆载等级越大桩侧摩阻力和桩身轴力越大,负摩阻力最大值出现在0.29倍桩长处,轴力最大值出现在0.52倍桩长处;堆载距离越大桩侧摩阻力和桩身轴力越小,堆载距离大于5倍桩径时,桩侧摩阻力和桩身轴力均明显减小;堆载等级越大堆载对桩基的竖向位移影响越大,堆载距离越大堆载对桩基的竖向位移影响越小。计算结果可以为桩侧堆载控制提供理论依据。     

基于创新方法的林织铁路滑坡路堑加固结构研究

林织铁路K52滑坡为巨型滑坡,铁路以路堑形式通过滑坡体中部,从而导致滑坡下滑力巨大,最大达到4 200 k N/m,且滑体以下地基岩层较差,为泥质页岩夹碳质页岩,支挡加固十分困难,选择经济合理的支挡加固措施对控制工程投资及施工工期具有重要意义。通过应用创新理论和创新方法来进行加固结构选择分析,分析得出:(1)路堑处两侧加固桩是该系统的冲突区域;(2)系统问题的根本为滑坡路堑上方侧加固桩悬臂高抵抗滑坡推力能力受限,路堑下方侧加固桩不能抵抗滑坡推力;(3)框架式加固桩结构是目前技术条件下该滑坡路堑较好的加固结构形式。     

膨胀土边坡双排抗滑桩土压力监测与分析

针对某膨胀土路堑边坡中的双排抗滑桩支挡结构的土压力进行了长期监测,分析发现前排悬臂桩桩前土压力值可近似为梯形分布,桩后土压力呈三角形分布;后排全埋式抗滑桩桩前及桩后土压力值均近似呈三角形分布;在不存在明显滑动面的边坡中,不需要进行滑坡推力分配.