被动桩基现场试验研究现状与分析

被动桩受力性状的研究比主动桩复杂,一直是岩土工程关注的重点和难点问题。回顾了国内外被动桩现场试验的研究进展和现状,重点介绍了大面积堆载、桩基码头与岸坡作用、路基桥台填筑引起的被动桩在有无桩顶轴向荷载情况下的中性点位置和下拉荷载的变化,以及群桩的遮拦效应和土拱效应等方面的研究现状。对当前的研究现状进行简评,并对今后的研究方向进行了展望。     

考虑土层各向异性的朗肯被动土压力公式

在计算水平沉积土层中挡土墙被动土压力时,忽略各向异性的影响,可能导致计算结果偏大。提出一种考虑土层各向异性的简化方法,即修正应力法,它通过提高水平方向应力大小,将各向异性土等效为各向同性土。利用该方法,能够统一将许多现有的各向同性强度准则发展为各向异性,与试验结果有较好吻合度。基于各向异性Mohr-Coulomb准则,推导出水平沉积砂土层中挡土墙被动土压力公式,与经典朗肯公式相比,仅增加了一个与土层各向异性程度有关的修正系数。该公式还被拓展到地面超载、成层土的情况,便于实际应用。     

落石冲击作用下棚洞-拦石墙顶板及缓冲层的动力响应

以黔张常铁路（黔江—张家界—常德）为例，采用离散元软件PFC3D与有限差分软件FLAC 3D进行耦合计算，研究落石冲击棚洞-拦石墙顶板及缓冲层的动力响应，优化棚洞-拦石墙顶板及缓冲层设计，并对掺有轮胎颗粒的缓冲层进行研究。结果表明：可适当减小棚顶厚度，达到减轻结构自重与节省原料的目的，但棚顶厚度不宜小于0.4 m；适当增加缓冲层厚度可以减小落石冲击力，从而减小顶板挠度与应力，且缓冲层厚度不宜低于0.50 m；缓冲层添加20%～30%轮胎颗粒能有效提升缓冲层防护效果。     

水囊土压力计研制与试验验证研究

针对土压力盒易发生应力集中的问题，研制了水囊土压力计，即通过透明的PU空压软管将感压水囊与电子压力表进行连接，其中感压水囊的厚度可控制在5～10 mm，在使用时电子压力表的高度位置进行固定。将水囊土压力计与振弦式土压力盒埋设在不同压缩模量的土体中进行了对比试验，结果分析表明，由于感压水囊比土压力盒薄，虽然实测土压力偏大问题不可避免，但相对土压力盒测试结果而言，采用水囊土压力计测试地层中的土压力时应力集中问题显著改善；从测试结果可知，由测试元件厚度所导致的土压力偏大幅值为非线性，这与测试元件周围的土体颗粒变形调整有关。将水囊土压力计用于盾构隧道响应模型试验研究中，从测试结果可知，水囊土压力计与土压力盒的测试结果具有明显的不同；从测试结果的变化趋势分析来看，水囊土压力计的测试结果可信，且有必要采用水囊土压力计直接贴在模型盾构隧道外壁测试其周围土压力。水囊土压力计的测试原理简单，且成本低、精度高，因其为柔性构造，可根据测试需求选用感压水囊用于结构物表面为非平面的土压力测试。     

浅埋大直径盾构隧道开挖面局部破坏的被动稳定性研究

浅埋盾构隧道施工时开挖面极易发生被动破坏，而大直径盾构隧道开挖面的被动破坏更为复杂。利用极限分析上限法建立浅埋大直径盾构隧道开挖面被动稳定性分析的二维破坏机制，该机制考虑了仓内土压梯形分布和仰拱上方处开挖面局部破坏的影响，并提出开挖面局部被动破坏时的极限支护压力上限解。通过对计算结果的参数分析发现，无黏性土的开挖面极限支护压力是土体有效内摩擦角φ^′和归一化无量纲参数埋深比C/D的函数，同时φ^′和C/D对开挖面局部被动破坏的起点位置存在影响；而黏性土的开挖面极限支护压力是φ^′和C/D以及有效黏聚力c^′的函数，但是有效黏聚力c^′对极限支护压力的影响要小于φ^′和C/D的影响。将本文与已有上限解进行对比，验证了本文所提上限解的有效性，结果表明，本文的上限解能够预测开挖面任意深度处的局部被动破坏的通解，而已有上限解只是假定开挖面发生全局被动破坏的特解。最后，结合实际工程验证上限解的合理性，该计算方法能够合理评价浅埋大直径盾构隧道开挖面的被动稳定性。     

滚石冲击EPS新型复合拦石墙现场原位试验研究

以聚苯乙烯泡沫（Expanded Polystyrene,EPS）新型复合拦石墙板为研究对象，以合璧津高速公路危岩防护工程为背景，首次开展滚石冲击拦石墙现场大型原位试验，研究滚石冲击EPS复合拦石墙动力作用过程，揭示EPS泡沫板在滚石灾害防治结构设计中的耗能减震机理。采用有限元分析软件验证了现场试验结果的准确性，并讨论了钢板夹层厚度对结构耗能效率的影响，为提高结构抗冲击性能引入钢管耗能器进行结构优化。结果表明：EPS复合拦石墙降低了滚石冲击接触压力，最高可达43%；保持EPS缓冲层厚度不变，其材料密度越小，则耗能效果越显著，但EPS缓冲层密度降低的同时也将导致复合结构的抗冲切破坏能力下降；钢板夹层越厚，结构耗能效果越好，相较于15 mm钢板，35 mm钢板耗能效果可提升约25%；布设耗能器可有效提高结构抗冲击能力，且在结构中心位置布设耗能器时效果最佳，耗能效果提升31.8%；耗能器个数与结构耗能效果呈正相关关系。     

吊钩式波浪补偿装置深水吊装作业分析

针对深水海洋结构物吊装问题，基于波浪补偿原理，分析吊钩式装置的参数设置原理及其应用。提出一种刚度-阻尼等效计算方法，并建立吊钩式补偿装置的仿真模型，设计弹簧力-位移和阻尼力-速度曲线，并采用Orca Flex软件进行联合仿真，考虑浪流作用和船体运动状态下吊装作业的升沉补偿效果，对不同参数设置下吊物经过飞溅区的过程进行计算分析。结果表明：采用联合仿真方法评估深水吊装作业能取得较好的效果。采用该方法对在1 000 m水深区域吊装400 t重物的作业进行计算分析，实现对缆线非线性弹性作用下船舶、缆线、补偿器和吊物系统的耦合运动分析，评估补偿器的作用效果。结果显示，依靠吊钩式补偿器，吊物升沉幅值降低了约79.69%。     

复杂地形下的危岩落石被动防护网三维防护效果评估研究

为评估复杂地形下被动防护网的落石防护效果，利用无人机摄影测量方法，获取复杂地形的坡表形态并生成数字模型。基于RocPro3D模拟不同条件下的落石运动轨迹并评估防护网性能，对比二维与三维落石模拟结果中防护网性能的差异。计算结果表明：被动防护网缺陷的主要表现形式为防护高度不足、防护范围不足以及其他防护网缺陷引起的自身防护能力未完全发挥；被动防护系统最优防护效果表现为按照防护网布设位置，自上而下，防护网拦截率及作用在防护网上的冲击能量逐级降低；针对复杂地形下的被动防护体系评估，三维分析比二维分析的结果更加全面，更具参考价值。研究成果为被动防护网评估提供更多思路。