门式双排抗滑桩设计计算方法及工程应用研究

门式双排抗滑桩是一种较为新型的支护结构,首先考虑前、后桩及连系梁作用,推导了滑坡推力作用下双排抗滑桩桩间土压力计算公式;然后,针对门式双排抗滑桩受力特点,将抗滑桩划分为受荷段与嵌固端,采用工程中常用的地基系数“m-k”法推导了各特征段的微分方程,在此基础上,根据前、后桩及连系梁的边界条件,利用有限差分方法对微分方程求解,建立了门式双排抗滑桩内力及位移计算方法.工程实例分析验证了该方法的可行性,可为类似工程设计提供参考.     

斜坡积土双排抗滑桩受力特性及优化设计研究

采用有限元ABAQUS软件对双排抗滑桩进行数值仿真计算,以研究斜坡积土滑坡双排抗滑桩的受力特性,并针对不同滑坡推力、不同桩排距前后桩的受力情况进行重点研究,用以为双排抗滑桩的优化设计提供理论支撑。研究表明随着滑坡推力的增大,前后排桩的最大弯矩及最大剪力均呈近似线性增大,且后排桩的增长速率更大,所承担的推力分配也更大。桩排距的增大在后排桩的弯矩及前排桩的剪力更为敏感,且桩排距增大到一定程度土拱效应消失,双排桩即弱化为单排桩。该研究结论应用于湖南龙永高速公路某滑坡,取得了良好的应用效果。     

双排抗滑桩桩土作用分析模型及其应用

考虑坡体滑移的最不利工况,以滑动面为分界面,分析了双排桩与坡体作用的作用机理与关系表达式;引入p-y曲线法模拟桩间土与双排桩接触非线性特征,并结合经典土压力理论与相关应力路径三轴试验对其参数进行了求解,由此建立了双排抗滑桩与桩周土体非线性相互作用模型。在此基础上,导出双排桩不同特征桩段微分方程,利用横系梁传力协调作用及边界条件,提出了双排桩桩身内力和位移的有限差分迭代算法。试验对比分析表明,计算值与实测值吻合较好,该方法可用于双排抗滑桩的内力分析计算。     

面向公路工程的排桩支护结构数据分析与施工要点探析

采用有限元法分析了双排桩基坑支护结构在不同双排距、桩体土强度下的双排桩变形、土拱效应和土压分布特征,探讨双排桩下支护结构的作用机制。研究结果表明:不同排距下的桩间土体最大位移与土体刚度间呈现出双曲线关系。当排距小于9 cm时,前排桩桩侧压力表现出一个R型分布曲线,基坑上部呈现出一个三角形分布,在尖端取得最大值,基坑底部水平部分为R性拐点,基坑下部呈现出R型局部。在小排距下,双排桩所呈现的三角形土压力分布被束缚而为充分展现。当桩间土体刚度小于1. 5 E,通过在桩间土体实施硬拌混凝土能明显地提高桩间土体的强度,且在较小排距下来加固桩间土体能够有效控制桩身侧的位移量,提高双排桩的强度。     

黄土地区抗滑桩嵌固段桩前被动土拱形成演化过程试验

抗滑桩是大型交通基础设施中稳定边坡和治理滑坡的主要手段之一，嵌固段桩前被动土拱效应是影响抗滑桩水平承载力的重要因素，被动土拱的形成演化过程是抗滑桩水平抗力调整的关键。通过几何缩尺比例为1∶15的抗滑桩物理模型试验，对桩前被动土拱的形成演化过程进行了探究。根据抗滑桩桩前被动土拱和模型试验系统的对称性，自主设计土压力传感器的布设方案，以保证在试验过程中对桩前土体各测点的x和y方向土压力分布规律进行实时采集；采用千斤顶对模型桩施加水平荷载，对加载过程中抗滑桩嵌固段桩身弯矩、桩前土压力及桩前土体应力变化规律进行了分析。绘制桩前土体应力云图并对桩前被动土拱拱轴线进行了拟合，同时采用数值模拟方法进行对照分析，以揭示桩前被动土拱的演化过程。结果表明：①桩身弯矩和桩前接触土压力均在嵌固点下4倍桩宽处附近出现极大值，后随埋深逐渐减小；②桩前被动土拱是由相邻桩对桩前土体的相互作用使主应力发生偏转而逐步形成的，其演化过程可分为初步形成阶段、承载阶段和破坏阶段；③桩前被动土拱拱轴线呈抛物线形式，随埋深逐渐增大形成被动土拱所需桩顶位移随之增大；④同一埋深处桩前被动土拱矢跨比随桩顶位移增加而逐渐变大，在承载阶段土拱矢跨比随埋深逐步减小。     

考虑土拱效应的边坡桩间土钉墙受力计算

边坡抗滑桩桩间土拱效应对桩间土钉墙各部分的受力及土钉的设计长度有重要影响,然而现阶段多依个人或者设计单位经验对桩间土钉墙各部分的受力进行计算,对土钉长度进行设计,以上传统的受力计算及土钉设计方法均未充分考虑土拱的影响,使得土拱在工程运用中受到了限制。为了推广土拱在工程中的运用,首先描述土拱形状,继而深入研究土拱对桩间土钉墙各部分受力的影响,提出了基于土拱效应桩间土钉墙受力计算方法和土钉长度设计方法,此受力计算方法认为：土钉墙的受力取拱前土体主动土压力或剩余下滑力两者中的较大者,抗滑桩的受力为拱后土体剩余下滑力与土钉墙受力之和,土钉长度设计中土钉自由段和锚固段的分界线为土拱迹线。继而结合巴（中）达（州）铁路堑坡,通过数值模拟描述土拱形状,计算土拱影响下不同截面处抗滑桩和土钉墙的受力,并结合土拱形状对土钉长度进行设计,与不考虑土拱效应时受力计算结果和土钉长度设计结果进行对比。研究结果表明：考虑土拱效应较不考虑土拱效应时,抗滑桩纵断面受力明显增大,增幅大于11%,土钉墙纵断面受力明显减小,减幅大于12%,土钉用量节省接近13%,充分说明考虑土拱效应确实对抗滑桩受力、土钉墙受力和土钉设计长度造成较大影响。     

考虑自重应力的悬臂式抗滑桩三维土拱效应及合理间距研究

为了探讨路堑边坡悬臂式抗滑桩的合理间距问题,考虑到自重应力的存在及桩间土的受力特点,根据桩间滑体自身的强度条件及土拱的轴向应力与拱跨的关系,建立了三维计算模型;推导出悬臂式抗滑桩的临界高度与最大桩间净距的计算公式,并结合计算公式研究了桩间距对相关参数的敏感度,模拟了桩间土拱效应沿高度分布的空间形态,分析了桩后土拱效应的影响范围;通过工程实例对推导的合理桩间距计算方法进行了验证.结果表明:实际设计值与计算结果基本一致,在对悬臂式桩土拱效应进行研究时应建立三维模型.     

土拱效应计算理论比较与讨论

系统地阐述了土拱效应的起源、验证与发展，并详细介绍了土拱效应在桩承式路堤、挡土墙、被动桩等领域中的应用。将各领域中的土拱方法分为微分单元法与合理拱轴线法，指出各方法中理论上的区别及计算结果差异。微分单元法起源于粮仓效应中的Janssen连续介质模型，最先由Terzaghi提出，后续学者对微分单元法的改进也借鉴了改进的Janssen模型思想；合理拱轴线法即“结构拱”法，起源于普氏拱理论，与土拱效应应力转移本质有些出入。最后，讨论了微分单元法中的侧土压力系数与应力偏转迹线等相关问题，提出了侧向土压力系数新的表达形式，改进了以往水平方向静力不平衡问题，将微分单元法引入抗滑桩，为抗滑桩土拱效应的研究提供了新的思路。     

抗滑桩对桥梁桩基受力变形影响的模型试验研究

通过室内模型试验研究了加载过程中桥梁桩基与抗滑桩桩顶位移、桩身应变、桥梁桩基前后土压力、抗滑桩桩前土压力的变化,得到两者的受力变形特性,并确定了模型试验中桥梁桩基和抗滑桩的破坏模式。研究表明,两者桩身弯矩分布均为抛物线形式分布,抗滑桩与桥梁桩基最大弯矩均位于岩土交界面与滑动面之间;两者桩基破坏面也均位于岩土交界面与滑动面之间;抗滑桩与桥梁桩基滑动面以上段桩前土压力分布均为倒三角形分布形态,在滑动面处土压力基本为0,桥桩桩后土压力分布成“S”形分布,压力峰值位于滑动面下方及桩顶处;抗滑桩先于桥梁桩基发生破坏,下滑力主要由抗滑桩承担,随着下滑力的增加,抗滑桩承担荷载比例增大;抗滑桩与桥梁桩基桩顶水平位移变化规律基本保持一致,在加载初期桥梁桩顶水平位移变化幅度小,随着荷载的增加其变化幅度逐渐增大,两桩之间相互作用越加显著。     

考虑桩侧及桩后土拱联合作用的抗滑桩桩间距研究

为探究抗滑桩合理桩间距的计算方法,首先,考虑桩侧土拱及桩后土拱的联合作用,建立出相应的双土拱简化计算模型。其次,基于Mohr-Coulomb破坏准则及极限平衡理论,依次分析桩侧土拱、拱间土体及桩后土拱的受力特性。然后,以静力平衡与拱脚处截面强度为控制条件,分别获得桩侧土拱及桩后土拱的极限承载力,进而联立求解出联合作用时的极限承载力,并在此基础上,推导出抗滑桩合理桩间距计算公式。最后,通过某工程实例对此计算公式进行了验证,结果表明:理论计算与工程实例结果吻合较好,该公式用于抗滑桩工程中计算合理桩间距是可行的;并对比分析了其他现有理论计算结果与实际值存在偏差的原因,进一步验证了双土拱模型的优越性。此外,为探究合理桩间距的影响因素,依次分析了土体抗剪强度指标(内摩擦角及黏聚力)、抗滑桩截面尺寸(正面宽度及侧面宽度)、均布滑坡推力及滑坡推力分布形式(沿桩长方向)等参数对合理桩间距的影响,并综合考虑各参数拟合出合理桩间距的简化计算公式。结果表明:合理桩间距随土体黏聚力、抗滑桩侧面宽度及抗滑桩正面宽度增大近似呈线性增大,随土体内摩擦角增大呈非线性增长且增长速率逐渐增大,而随着滑坡推力的增大,合理桩间距呈现出非线性减小且趋势逐渐减缓。     

抗滑桩桩间土拱效应试验方法的研究

抗滑桩桩间土拱效应是抗滑桩桩距设计时需要考虑的重要因素,合理的桩距才能保证土拱效应的发挥。根据土拱效应的原理设计试验方案,经过试验验证,文内提出的试验方案可行,接近于工程实际。     

抗滑桩桩间土体稳定的可靠性分析

岩土参数的变异性对抗滑桩的稳定性有重要影响,可靠性分析是抗滑桩设计的发展方向。基于“土拱效应”建立了抗滑桩桩间土体稳定的极限状态方程,采用Rosenblueth法进行可靠度计算,结合工程实例进行了抗滑桩桩后土体稳定的可靠性分析,并讨论了岩土抗剪强度变化、设桩间距对桩问土体稳定可靠性的影响。研究表明,采用抛物线性的土拱建立桩间土体稳定的极限状态方程更符合实际,桩间土体的稳定性随岩土体抗剪强度的增加而增大,随设桩间距的增大而减小,存在一个合理的设桩间距。     

基于FLAC3D的抗滑桩间距优化设计研究

结合工程实例,基于FLAC3D数值模拟方法,分析了不同桩间距下桩间土体拱效应的产生机理,直观有效地反应了桩间距优化后的加固效果,利用强度折减法计算预应力锚索抗滑桩加固后的滑坡体稳定性系数。结果表明:当桩间距为2.0～3.5倍桩宽时,桩间土拱效应得到充分发挥,并利用数值模拟优化。     

沉埋式双排抗滑桩受力及沉埋深度有限元分析

基于堆积体滑坡中双排抗滑桩,采用二维PLAXIS程序建立有限元模型,分析前、后排桩的受力及滑体内塑性区发展随沉埋深度的变化规律。结果表明:当后排桩沉埋比例ζ＜0.4时,既可充分利用桩顶土体自身强度,减少桩长、降低桩身内力、减少桩的配筋量及混凝土用量,又能保证桩顶滑坡体稳定。     

双排抗滑桩变形与受力的滑坡参数敏感性分析

采用弹塑性有限元计算方法,对堆积体滑坡中双排抗滑桩及其周围土体的受力及变形进行计算,对桩顶位移、桩身最大剪力、弯矩与滑体及滑床强度参数c,φ值的相互关系进行了参数敏感性分析。结果表明:双排抗滑桩的变形与受力,受滑体黏聚力的影响大,受其内摩擦角的影响小,而滑床的参数变化对双排桩的影响更小。     

地震作用下抗滑桩间距计算与分析

基于太沙基松弛土压力理论，建立地震作用下桩间土拱效应受力分析模型，推导了考虑地震作用的抗滑桩间距计算公式。探讨了土拱有效影响范围和桩间土荷载分担比的合理取值，结果表明:土拱影响范围应为2.5倍的桩间净距，桩间土荷载分担比一般小于0.20。结合算例，不同地震烈度条件下桩间净距较不考虑地震时减小了8.1%~51.4%。敏感性分析显示，桩宽度、推力荷载大小和土性参数均会直接影响桩间净距计算值的大小，并且各变量对其影响程度在低烈度地震条件下更加明显。     

加筋对桩承式路堤变形模式与土拱效应影响试验

对于桩承式加筋路堤,加筋改变了路堤底面的变形形态,不可避免地将对路堤变形模式与土拱效应产生影响。为了深入分析加筋的影响,利用开发的多沉陷门(Multi-trapdoor)试验装置和椭圆钢棒相似土填料,开展未加筋桩承式路堤试验并得到不同参数组合下存在的3种变形模式,选取3种变形模式的代表性试验,开展相同参数条件下的加筋试验以及4种不同填料高度和3种不同加筋刚度的桩承式加筋路堤试验。通过粒子图像测速技术(PIV)和自制三点式载荷计准确测试得到全场位移及桩顶和桩间土压力。结果表明:加筋后,未加筋桩承式路堤的三角扩展型和塔形升高型变形模式转化为同心椭圆扩展模式,等沉面模式转化为同心圆等沉模式;2种变形模式之间转化的临界高度为1.5倍桩间净距,但等沉面的高度仅为67%的桩间净距;加筋对土拱效应发挥起到了双重作用,一方面,加筋减小了差异沉降,导致土拱效应发挥程度降低,另一方面,加筋改变了路堤变形模式,为"同心圆"土拱提供了稳定的拱脚,使得土拱效应发挥程度提高;在填料高度低,加筋刚度高的情况下,土拱效应发挥程度进一步降低;而填料高度高,加筋刚度低时,土拱效应达到了充分发挥所需的差异沉降,加筋对土拱效应有提高作用;张拉膜效应发挥程度随加筋刚度增大而提高,且随着桩间土下沉而提高,导致土拱效应减弱。     

考虑土拱效应的疏排桩-土钉墙组合支护基坑桩身内力和变形分析

采用中型岩土离心机进行了8组疏排桩-土钉墙组合支护基坑的离心机模型试验，基于试验结果，研究了土拱效应的存在条件，探讨了采用规范方法计算疏排桩-土钉墙组合支护基坑桩身内力与变形的适宜性，并提出了考虑土拱效应的桩身内力与变形的计算方法。研究结果表明:有土拱效应存在时，采用规范法计算得到的桩身内力及变形，与离心机模型试验临界破坏时的试验结果比较接近；桩间不能形成土拱效应时，规范法计算结果与离心机模型试验结果偏大；与规范方法相比，采用研究的计算方法计算疏排桩支护基坑桩身内力与变形更为合理。