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。     

黄土边坡原位直剪与抗滑桩模型试验

为揭示黄土公路高陡边坡的稳定性状,选取黄土塬开挖平台非扰动黄土为试样,制作试样模型进行原位试样直接剪切试验,设计进行不同工况下埋入式与悬臂式抗滑桩模型试验,研究获取公路路堑边坡黄土土样应力-应变关系曲线、土样峰值强度及残余强度参数变化规律,并基于支挡抗滑桩和黄土边坡坡体内受力与变形状态,揭示桩-土相互作用过程与变形机理。试验结果表明：黄土试样在直接剪切时,随着法向应力增大,其应力-应变关系曲线逐渐由软化型向硬化型转变,且曲线逐步升高但未出现交叠;相同的剪切次数下,黄土试样峰值强度和残余强度均随法向应力增大而增大,残余强度较峰值强度有一定衰减,且垂直强度愈大,衰减愈明显;随着水平推力达到极限承载力,埋入式模型抗滑桩桩身土压力分布呈现上大下小的变化趋势,且在滑动面位置上部附近出现桩前最大土压力,桩体发生弹性变形,弯矩值沿桩身分布总体呈"S"形规律;悬臂式桩体不发生刚性转动,桩身土压力总体呈上下小、中间大的分布态势,桩后最大土压力出现在滑动面附近,而桩前最大土压力则随着现场试验中单排模型桩根数增多,自模拟滑动面逐渐过渡到新的剪出滑动面,桩身弯矩呈"D"形分布。     

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。     

含缺陷桩复合地基重复加卸载下临近桩顶部侧移规律试验

桩体复合地基在软基处理中大量采用,桩体缺陷难以避免,临近设置桩可控制该复合地基水平位移。设计模型试验,研究含缺陷桩复合地基重复加卸载曲线特征与临近嵌岩桩、摩擦桩及其桩顶自由或者通过连梁连接时顶部侧移规律,以指导临近桩的设计。结果表明:(1)含缺陷桩复合地基的加卸载曲线特征与一般地基相似,加载曲线呈上凸形,卸载曲线呈下凹形;(2)随着压力增加,临近桩顶部侧移逐渐增大,增长率随重复加载次数增加而减小。首次加载时,侧移增长经历快速增长、缓慢增长、快速增长3个阶段,第2、3、4次加载时,侧移经历平缓增长、快速增长两个阶段。卸载曲线在最后1～2级荷载处具有拐点,拐点前产生塑性变形,拐点后开始出现弹性变形。桩顶约束条件对回弹变形影响小;(3)相比摩擦桩,嵌岩桩对重复加卸载不敏感,桩顶位移小,说明临近嵌岩桩比摩擦桩的约束效果好。相比桩顶自由单桩,桩顶连梁连接的桩受压产生较大侧移,但对重复加载不敏感,说明桩顶连接连梁的桩整体约束效果好。实际工程中,复合地基内缺陷桩很多时,建议在侧面设置顶部通过连梁连接的嵌岩桩控制含缺陷桩复合地基的水平移动。     

基于p-y曲线的抗滑桩差分解法研究

为了合理计算抗滑桩的内力及位移，根据桩侧抗力的实际分布形式，建立了考虑桩侧剪力的抗滑桩p-y曲线非线性模型，采用差分解法，推导了相应的差分计算方程，编写了计算程序，并与工程实例监测数据相比较。结果表明:计算桩体位移曲线基本能够反映实测桩体侧移的变化趋势，计算桩顶位移与实测桩顶位移平均相对误差为7.5 %，计算结果与实测结果吻合较好；采用p-y曲线分析抗滑桩的受力特性是合理的，能够反映抗滑桩的受力变形特性，可方便确定桩体位移及内力，且便于确定相应的计算参数。     

邻近加载下桩网结构路基离心模型试验研究

以邻近杭深铁路桩网结构路基的新建乐清湾铁路路基填筑作为工程原型,通过土工离心模型试验模拟工程建设过程中不同邻近加载条件下土体及桩网结构路基变形。结果显示:加载距离由4 cm增加到8 cm时,基桩最大水平位移由120 mm下降到60 mm;同一加载工况中,各排桩水平变形差异主要位于上中段三分之二桩体;前排桩基通过自身较大的水平变形可限制水平土压力与位移发展。     

路堤重复加卸载下坡脚倾斜摩擦桩变位规律试验研究

通过模型试验研究路堤重复加卸载下坡脚处顶部约束双排倾斜摩擦桩变位规律,为坡脚处抗滑桩优化设计提供依据。结果表明:①加载过程中,顶部约束后排摩擦倾斜桩桩身侧移随深度变化曲线与纵轴之间呈"上宽下窄"的倒梯形,破坏模式为"平移+绕桩底转动"。对于0～9°负斜桩,加载过程中桩身侧移随倾斜角增大而减小。首次加载过程中,桩身侧移随加载增加而增加。再次加载过程中,首次极限压力范围内桩身侧移不敏感,超过首次极限压力时,侧移随加载增加而增加;加载到一定压力下,侧移增速减小;②相同荷载作用下,负斜桩顶侧移小于竖直桩,与负斜桩主动承受桩顶水平荷载作用下桩顶水平位移大于直桩相反。首次加载时,各倾斜桩顶侧移均随荷载增大而增大,加载到一定值时,竖直桩顶侧移突增、率先屈服,随后趋于稳定。再次加载时,桩顶侧移随荷载增大而缓慢增加,荷载超过前一次加载的最大荷载时,倾斜桩顶侧移突增,地基侧向加载与桩顶侧移曲线将回到前次加载曲线的延长线,即具有记忆效应,随后屈服、趋于稳定;③卸载过程中,桩身各截面侧移不敏感,仅仅卸载到最后1～2级荷载时才有明显减小。工程中,建议将坡脚抗滑桩尽量斜向道路中线设置一定倾斜角度,以减少桩顶桩身侧移,提高抗滑移效果。     

抗滑桩加固高边坡受力特征影响因素分析

抗滑桩是一种常见的高边坡支挡措施,为研究影响抗滑桩的受力性能的主要因素,基于ABAQUS数值模拟研究了桩径、桩体嵌固段长度和桩位对桩内力分布影响。结果表明：（1）桩身弯矩和剪力与桩径呈正相关关系且抗滑桩能够显著提高边坡的稳定性,增大桩的直径更有利于边坡的稳定性;（2）抗滑桩的嵌固段深度对桩的内力分布也会产生影响。具体来看,嵌固段越长,桩身内力越大,但增大嵌固段长度可以有效减小桩顶位移;（3）桩布设位置对于桩身的内力影响表现为桩位越靠近坡趾,桩的内力以及桩顶位移越小。因此在抗滑桩设计时,要综合考虑桩的受力和桩的位移。研究结果为高边坡工程治理提供了有益的参考。     

层状地基中水平受荷桩-土相互作用试验

为了深入研究侧向受荷桩的承载特性及抵抗变形的能力,结合实际工程中天然土体的成层特性,开展了侧向受荷桩的室内模型试验,研究了不同粒径土层厚度及相对密实度对桩土相互动态耦合作用的影响,并结合PIV图像技术,分析了桩周土体位移场的发展趋势,为水平受荷桩的设计提供了理论依据。试验结果表明：①土体刚度与较小粒径土层的厚度呈正相关关系,而较大粒径砂土层厚的增加则对整个桩土体系的刚度产生了弱化作用;②当桩顶位移相同时,随着较小粒径砂土层厚的增大以及相对密实度的提高,土抗力随之增大,在深度为5~6倍桩径范围内达到最大值,且相对密实度对土抗力的影响更大;③水平受荷桩的桩前和桩后砂土表面均形成了一个纺锤形的位移影响区域,且此区域与水平加载方向的最大夹角随土层条件和相对密实度的变化很小,其值均为45°左右;④在相同的桩顶荷载下,砂土相对密实度的增大约束了桩体的运动趋势,使得桩体的水平位移减小,例如,当桩顶荷载均为30 N,密实度为0.5时桩前砂土的最大位移影响范围比密实度为0.3时普遍减少了约1倍桩径的距离;⑤桩身弯矩值随着较小粒径土层厚度的增大而增大,最大弯矩约出现在0.15 m深度（5倍桩径）处;随着砂土相对密实度的提高,桩身弯矩也逐渐增大,最大弯矩所在的位置逐渐上移。     

地铁盾构隧道邻域埋入式隔离桩力学性能研究

为研究地铁盾构隧道邻域埋入式隔离桩力学性能,以北京某典型地铁盾构隧道及邻域基坑工程为例,应用相似材料模型试验与数值模拟相结合的方法,研究埋入式隔离桩的支护体系地铁盾构隧道的变形特征及围土压力分布规律,并分析埋入式隔离桩、常规隔离桩和无隔离桩支护体系对既有隧道变形和围土压力的影响。研究结果表明： 侧方基坑开挖卸荷-加载过程中,水平位移远大于竖向位移,隧道整体在水平和竖向存在不均匀位移,判断盾构隧道有朝向基坑方向扭转的趋势;加入隔离桩的支护体系相比无埋入式隔离桩的支护体系能使盾构隧道水平位移有效减小,竖向位移发生轻微上浮,盾构隧道朝基坑方向的扭转趋势能得到有效控制;埋入式隔离桩和常规隔离桩的隔离效果基本相同,针对地铁隧道这样的地下结构,全长常规隔离桩桩身接近地表的部分对控制隧道变形没有太大帮助,在实际工程中可以采用埋入式隔离桩,减少桩身长度,降低施工成本;侧方基坑开挖卸荷-加载过程中,盾构隧道初始土压力呈“葫芦形”分布;基坑开挖卸荷和基坑加载完成过程中,隧道土压力轴向对称位置发生偏转,判断盾构隧道有朝向基坑方向扭转的趋势;埋入式隔离桩能起到与常规隔离桩相同的隔离效果,并能有效降低隧道周围土压力。     

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.     

基于光纤传感技术的h型抗滑桩监测应用与分析

以某高速公路特大型滑坡的h型抗滑桩为例,采用传统的深部测斜、先进的BOTDA监测技术和数值模拟方法结合工程实例对h型抗滑桩的受力分析进行研究。研究结果表明:h型桩墙对特大型滑坡治理作用效果显著。且合理的光纤布置,能够完全的对h型桩墙不同深度的应变进行监测。h型抗滑桩的受力变形特征为:后排桩墙直接受到滑坡推力,桩体弯曲变形,表现出滑体侧拉应变较大,呈受拉状态,路基侧受到明显的压应力,产生较大变形后通过连系梁将部分推力转移到前排桩墙,连系梁整体受压,连系梁作用在前排桩,桩体受弯变形,前排桩滑体侧锚固段位置受拉,其他部分受压更为明显。     

整体式斜交桥台-桩-土体系往复加载拟静力试验

将整体式桥台引入斜交桥中形成整体式斜交桥，可有效改善地震中桥梁上部结构纵横向耦连效应造成的面内扭转及落梁现象；但整体式桥台中主梁与桥台浇筑为一体，在地震作用下将发生复杂的桥台-桩-土相互作用。为此，以某整体式斜交桥为原型，开展了斜交桥台-H形钢桩-土体系往复加载拟静力试验研究，探究了体系的抗震性能、台后土压力分布规律以及桥台和钢桩的水平变形特征等。结果表明：斜交桥台-H形钢桩-土体系具有较高的耗能能力及延性，台后土对体系的抗震性能影响显著。台后土提高了体系抗侧承载力及刚度，但亦造成正负向受力不对称性，其中正向抗侧承载力及刚度明显高于负向，但残余承载力及位移明显小于负向。在小位移（<0.01H，H为桥台高度）下，斜交桥台的台后土压力沿埋深方向近似呈三角形分布，最大土压力位于台底；沿水平方向呈抛物线形分布，最大土压力位于距桥台锐角0.25 m处；沿纵桥向呈三角形分布，最大土压力位于台背。在大位移（≥0.01H）下，台后土靠台背处出现明显扇形塌陷区域，导致桥台顶部土压力降低，沿埋深方向开始呈双折线分布，沿水平方向呈三折线分布，最大土压力位置不变；沿纵桥向呈双折线分布，最大土压力与台背距离随加载位移逐渐增加。试验结束时，桥台顶部塌陷区域深度近500 mm，宽度近600 mm。加载过程中桥台基本为刚体，出现平动及转动位移；由于部分台后土流动至钢桩前侧，钢桩顶部产生朝向台后土方向的局部累积变形，桩身水平变形在埋深0.25 m处出现拐点及最大值，而非桩顶，试验结束后无明显残余变形。     

钉形搅拌桩单桩承载力的数值模拟分析

钉形水泥土搅拌桩是一种新型的水泥土搅拌桩技术,它解决了传统水泥土搅拌桩的诸多问题,具有良好的工程效果。该文简要介绍了钉形搅拌桩的施工机械和施工工艺,其采用的新工艺保证了桩体中的水泥掺入量,提高了水泥浆分布的均匀性,从而保证了桩身质量,特别是深部桩体的质量;主要采用三维有限差分法对钉形桩单桩承载特性进行了模拟分析,发现钉形搅拌桩单桩Q-s呈陡降型;其单桩极限承载力高于常规水泥土搅拌桩,并随扩大头高度H、扩大头直径D、桩长L和桩体模量Ep的增加逐渐增大。     

路堤荷载下水泥土搅拌桩复合地基荷载传递机理研究

采用数值计算方法,系统研究了桩体压缩模量、桩间距及桩长对水泥土搅拌桩复合地基荷载传递的影响。研究结果表明:随着桩间距的逐渐增大,桩身轴力、桩侧摩阻力及桩土应力比也随着逐渐增大,而桩体荷载分担比逐渐减小;随着桩体压缩模量或桩长的逐渐增大,桩身轴力、桩侧摩阻力、桩土应力比及桩体荷载分担比均是逐渐增大。在工程实践中,通过增大桩体压缩模量和桩长,减小桩间距,就能使桩体承担更多的上部荷载,从而充分发挥桩体作用。     

陡坡填方路基h型桩板墙受力机理研究

以杭黄铁路某典型工点陡坡路基为研究对象,基于桩板墙及h型抗滑桩计算理论，采用理论分析、数值仿真相结合的方法，分析了h型桩板墙的桩基、横梁与承载板的内力与变形、桩-土与板-土相互作用的规律。结果表明:设置了承载板后，h型桩整体的结构力学性能得到了提升。边界条件相同时，背靠式结构的力学性能优于内置式结构的力学性能。随着桩体横向间距的增大，副桩最大负弯矩、最大剪力及横梁最大轴力与桩间距负相关，主桩、副桩及横梁的其他力学指标均与桩间距正相关。对于实际工程，设置承载板的h型桩板墙的横向桩间距大于不设置承载板的横向桩间距。     

整体式桥台-H形钢桩基-土相互作用水平变形机理研究

整体桥因整体性、抗震性、行车舒适性而被广泛应用。为了能吸纳整体桥在温度、地震作用下的水平往复变形，实际工程中其桩基主要采用H形钢桩。为深入研究整体桥H形钢桩基水平变形机理，以某整体桥为背景，开展了传统平衡土压力状态下H形钢桩-土、台后不平衡土压力下的H形钢桩-土以及整体式桥台-H形钢桩-土相互作用拟静力试验研究，分析对比了H形钢桩桩身水平变形规律，滞回、耗能和骨架曲线。试验研究表明，不平衡土压力对桩身水平变形影响较大。正负向加载时，HP模型桩身水平变形较为对称，变形规律为沿埋深方向逐渐减小，接着反向增大后减小至桩底为0。对于UHP模型，正负向加载时的桩身变形不对称，其中正向加载时的变形规律为沿埋深方向逐渐减小至0，接着反向增大至最大后减小；负向加载时的变形规律则与HP模型基本相似。AHP模型桩身水平变形规律则较为复杂，其变形介于HP模型和UHP模型之间。研究还表明：HP模型的滞回曲线较为饱满和对称,而AHP模型的滞回曲线存在显著的非对称;AHP模型的承载力和耗能能力最高，但延性最低。     

基于桩前土体抗力边坡抗滑桩内力特性数值研究

抗滑桩在滑坡治理及边坡支护方面得到广泛应用,但在抗滑桩实际设计中,很多技术人员并未将桩前土体抗力纳入考虑机制,仅考虑滑坡推力的影响,导致材料用量大幅增多。为此,以云南某公路边坡工程作为研究对象,基于ABAQUS有限元软件对考虑和忽略桩前土体抗力两种不同情况下抗滑桩内力进行了研究,深入分析了黏聚力、内摩擦角与桩前土体坡度对抗滑桩内力的影响。结果表明:当桩前土体抗剪参数相同,桩前土体坡度越大,边坡土与抗滑桩横向位移越大;当桩前土体坡度超过40°,桩前土体抗力对边坡抗滑产生显著作用,此时边坡抗滑桩设计时必须将其作为设计考虑因素。     

倾斜软基上斜直桩组合结构单侧受力破坏模式试验

倾斜软基上修建高速公路（铁路）时,地基容易出现差异沉降、滑移甚至垮塌。提出坡脚斜直桩组合结构+桩体复合地基加固倾斜软基,采用模型试验,对比测试倾斜软基上桩体复合地基受压时,坡脚处插入硬层的双单桩、双直桩组合结构以及斜直桩组合结构的桩侧土压力、桩身应变和外侧桩水平位移,揭示倾斜软基上插入硬层的斜直桩组合结构单侧受力变形机制与破坏模式,为倾斜软基上斜直桩组合结构的设计提供试验依据。结果表明：①内、外侧桩在桩身中部偏上位置呈现桩侧土压力峰值;外侧桩倾斜度增大,其桩侧土压力峰值快速减小,内侧桩桩侧土压力大于外侧桩;②外侧桩在桩身中部偏上位置呈现侧移峰值,桩顶嵌固连梁外侧桩的桩身水平位移及其峰值均随倾斜度增大而减小,总是小于桩顶自由的外侧桩,峰值位置也较低;③桩身中上部出现弯矩峰值,外侧桩弯矩峰值位置略低,外侧桩倾斜度增大导致内侧桩弯矩增大、外侧桩弯矩减小;④单侧受载时,斜直桩发生水平位移,随后弯曲变形,内侧桩率先破坏、外侧桩后破坏,具有关联性,而双直桩的破坏荷载介于斜直桩的内侧桩和外侧桩之间。加大内侧桩的抗弯刚度和外侧桩的倾斜度将大幅度提高斜直桩组合结构的整体稳定性。工程中,建议外侧桩倾斜度为10%～20%,并根据路堤高度（荷载）选择内侧桩与外侧桩刚度之比大于2。     

沉桩挤土效应的桩身与土体水平位移分析

依托XT高速公路K63+500附近引孔加桩加固管桩地基路堤工程,划出一块区域作为试验区,进行了管桩施工时的桩体及桩间土的水平位移测试,并根据桩体水平位移(沿深度)曲线推算得到新加管桩的桩身最大弯矩。结果表明:(1)沉桩挤土效应对桩体和桩间土所产生的水平位移基本一致;(2)由管桩和桩间土内测斜管测得的水平位移沿深度曲线计算出的最小曲率半径接近,其中曲线上段所得的管桩最小曲率半径是桩间土的0.93倍,下段为0.90倍。(3)引孔加桩施工的挤土效应明显,部分新加管桩桩身最大弯矩超过管桩最小开裂弯矩,可能已经出现开裂。