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。     

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-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。     

微型桩群框架结构加固边坡离心模型试验研究

构建微型桩群框架结构进行土工离心模型试验,通过监测边坡模型位移、土压力和桩身应变,研究微型桩群斜向框架结构加固边坡的受力机理。结果表明：微型桩群框架结构能有效加固边坡;微型桩嵌固深度较深的边坡加固效果优于布桩数量较多的边坡,微型桩嵌固深度是影响加固效果的重要因素;微型桩的布设导致次生滑面、桩土脱空现象的形成,并影响滑体中土压力的分布和大小;桩身弯矩分布呈反S形,桩身在滑面分界处呈单点弯曲屈服,桩-滑床复合结构承受了滑体的下滑力。     

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。     

双排桩治理大型多滑动面滑坡的振动台试验

研究目的:随着国内高速公路、铁路及民航等工程建设步伐的不断加快,在我国西部高烈度地震区出现了很多推力巨大的工程滑坡,往往具有多层、多级的显著特征,双排抗滑桩是治理该类大型滑坡的有效措施。结合青海玉树机场路滑坡、四川攀枝花机场滑坡等典型实例,采用大型振动台模型试验,分X、Z和XZ三类加载工况研究双排抗滑桩治理大型多滑动面滑坡的动力响应和坡体变形破坏特征。研究结论:(1)试验表明双排桩治理大型多滑动面滑坡的效果明显,体现了"大震不倒"的设计理念;(2)试验过程中,坡体整体变形以拉剪破坏为主,坡体后部平台以震陷为主,滑体分层前倾,接触面效应明显,滑面逐步向深层发展,模型箱两侧加持作用显著;(3)测试数据分析表明,前、后排桩荷载分担不均,后排桩承担大部分滑坡推力(主要来源于深层滑体的滑坡推力),前排桩承担滑坡推力比例较小;(4)本项研究对双排桩的动力学性能分析有着理论和实际意义。     

微型桩抗滑结构腐蚀试验研究

研究目的:微型桩应用时间较短,其防腐耐久性问题并未大量显现,现有国内规范中还未有相关条款。边坡工程中的微型桩腐蚀包括钢筋和桩体砂浆的腐蚀两方面。本文以工程应用为出发点,通过室内干湿循环腐蚀试验和普通加载试验,研究不同腐蚀程度的微型桩与岩土体的粘结性能及其受弯断裂破坏形态。研究结论:通过试验研究得出以下结论:(1)水灰比小、灰砂比大的微型桩与桩周土的粘结能力较好,对腐蚀的抵抗能力也较强;(2)通过对钢筋物理隔离的方法,可以优化微型桩的应力分布,减少较大裂缝产生,提高微型桩的承载能力;(3)经研究提出的铁路边坡工程中微型桩耐久性设计中关于设计使用年限、桩径以及保护层的建议,为设计提供参考。     

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。     

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。     

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。     

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。     

饱和粉土地基CFG桩加固前后动力特性试验研究

以京沪高速铁路液化土地基加固为背景,利用大型堆叠式剪切变形模型箱,进行了饱和粉土地基和CFG桩桩网结构加固地基的振动台模型试验,分析了饱和粉土地基加固前后的超静孔隙水压力、响应加速度、剪切变形等动力特性的变化规律。结果表明,CFG桩（水泥粉煤灰碎石桩）桩网结构加固饱和粉土地基能够有效提高地基的抗液化性能。     

铁路预应力路堤加固技术数值研究

研究目的:铁路预应力路堤在国内外尚属一种新型路基加固法,其受力变形特性暂未得到系统化研究,相关加固设计理论仍处于探索性阶段。因此,有必要通过数值手段了解预应力路堤的工作状态,以掌握其加固性能。鉴于此,借助ABAQUS软件平台构建预应力路堤仿真系统,分析差异化预应力加固参数对路堤变形和承载能力的影响以及预应力加固构件的受力特征。研究结论:(1)路堤本体段坡面较优加固位置为距本体顶面以下0.3倍本体高度处;(2)坡率1∶1的预应力路堤在第1、2排侧压板分别施加50 k Pa、100 k Pa预压荷载时,其变形与承载力均可达传统路堤(坡率1∶1.5)水平,并可通过提升加固标准进一步强化路堤承载性能;(3)当对第1、2、3排侧压板分别施加50 k Pa、100 k Pa、100 k Pa预压荷载时,路堤内部附加围压S11>13.5 k Pa区域大致呈"x"形分布并形成横贯路堤的"预压加固区";(4)侧压板锚固区受力集中且复杂,应注意保障锚固区板体强度;(5)力筋在路堤加载前后的应力变化量与坡面侧向变形特征相关;(6)本研究成果可为铁路预应力路堤的加固设计提供技术指导。     

某浅埋偏压铁路隧道变形综合治理及监测研究

广西某铁路浅埋偏压隧道在施工和运营期间出现变形,体现为衬砌开裂、地表裂缝与边坡滑移等病害,影响行车安全。为明确变形原因并提出合理治理措施,同时探明综合加固措施对坡体和隧道的加固效果及其稳定性状态,通过地质勘察、现场监测试验与理论分析等技术手段,对该典型浅埋偏压山区铁路隧道进行变形特征、变形原因、综合治理措施及其现场监测试验等方面研究。结果表明：(1)加固前隧道内水沟电缆槽侧壁、仰拱、拱顶等出现裂缝,地表相继出现纵向开裂和弧形裂缝,地表变形较大;(2)隧道边坡变形主要由于隧道通过丘陵斜坡中下部,呈浅埋偏压,洞身所在地层为全风化层,坡脚开挖造成应力释放,稳定性差,持续降雨强度大,地表水下渗较严重;(3)提出卸载反压、注浆增强、锚索桩相结合的综合加固处理方案。加固后,地表横向位移呈幅值小于4.7 mm的小幅波动状态,锚索桩深部横向位移最大挠跨比为1.45‰,有效抵抗地层下滑力;隧道径向、竖向相对位移稳定在较小值,有效控制了隧道和边坡变形发展,增加其稳定性。     

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。     

金沙江大桥丽江岸重力锚碇基坑边坡稳定性分析及加固措施

以金沙江大桥丽江岸重力锚碇基坑西坡为研究对象,基于强度折减法,采用三维数值软件分四个阶段对该边坡进行变形特性分析和稳定状态评价,结合降雨条件实现多工况模拟,总结归纳了抗滑桩在不同阶段及模拟工况条件下的变形特征与规律,重点研究了腰梁及预应力锚索加固前后工况。研究结果表明：若仅采用抗滑桩支挡,难以防控边坡开挖和降雨作用造成的坡体变形;腰梁和预应力锚索的应用有效遏制了地表裂缝开展及桩身位移扩大。     

钢花管灌浆锚固复杂地质下富水边坡稳定性分析

以娄新高速K17 +200-K17 +400段右侧边坡支护工程为依托,通过研究该边坡复杂地质的土质、地质特征,提出采用钢花管灌浆法对其进行治理,并针对该边坡的坡体变形进行监测,对该边坡加固后的稳定性安全系数进行理论分析,研究结果表明:该边坡坡体变形与裂缝得到了控制,其安全系数达到规范所需要求.     

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.     

山区高速铁路路基陡边坡绿色防护试验研究

研究目的:在铁路工程建设中,对于陡路基边坡,如坡率陡于1∶1的,难以有较好的绿色防护形式。针对山区高速铁路路基陡边坡的绿色防护难题,设计了预加固桩前框架锚杆内基材植生(生态袋)和复合式锚索墙基材植生(生态袋)两种新型的路基边坡支护结构,并开展了现场的原位试验研究,验证其适用性。研究结论:(1)预加固桩前框架锚杆内基材植生边坡深层变形从桩顶部向下逐渐减小,桩顶最大变形小于35 mm;(2)桩前框架锚杆受力约为设计值的1/5～1/7,预加固桩的土拱效应明显,大大减小了桩前框架锚杆受力;(3)复合锚索墙锚索锚固力约为设计值的1/2,锚索墙后深层位移小于35 mm;(4)两种新型路基边坡结构都是稳定的,路基边坡改进的厚层基材(生态袋)绿色生态防护效果好,植物成活率超过90%,植物覆盖率大于85%,实现了坡率1∶0.5陡路基边坡的全坡面绿色防护;(5)本研究成果可为路基陡边坡绿化防护提供参考。     

“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。