抗滑桩加固边坡稳定性分析及其优化

利用数值方法分析抗滑桩在边坡中的加固效果,探讨在抗滑桩-边坡体系中,设桩位置、桩长、桩体弹性模量等因素对边坡稳定系数、临界滑移面以及桩体的内力、变位响应的影响。研究结果表明:抗滑桩的最优设桩位置受桩长的影响较大,若桩长较短,则布设抗滑桩于边坡中部具有最好的加固效果,若桩长较长,则在边坡中上部设桩对边坡稳定性更有利;随着抗滑桩位置向坡顶移动,桩身内力、桩体挠度先增大后减小,并在边坡中下部同一位置达到最大值,同时,在移动过程中,边坡临界滑动面逐渐往临坡面移动,当移动到边坡中上部时,滑移面位置发生突变;随着抗滑桩桩长的增大,桩身弯矩随之增大,而桩体剪力变化很小,在抗滑桩加固边坡工程中,存在一有效嵌固深度Heed,在Heed以内,边坡稳定系数和桩长的关系符合抛物线特征,同时,Heed受设桩位置的影响;提高抗滑桩弹性模量可小幅度减小桩体挠度,但并不能提高边坡稳定系数,故在抗滑桩工程设计时,应综合考虑,合理确定桩身弹性模量。     

板连式斜直组合微型桩加固边坡工作性状数值分析

为对斜直组合微型桩加固边坡中微型桩的工作性状进行研究,采用FLAC^3D数值模拟软件对斜直组合微型桩进行三维数值模拟,研究斜桩倾角对组合结构的力学响应及其对边坡加固效果的影响。结果表明：在相同条件下,随着桩身倾角的增大,桩身变形及桩身水平位移呈现先增大后减小再增大的变化趋势。当桩身倾角为10°和20°时,桩身变形(水平位移)分别达到最大值和最小值。同时,各桩桩身水平位移最大值出现的位置(距桩顶的距离)随着桩身倾角的增大而逐渐增大。总体而言,随着桩身倾角的增大,边坡潜在滑面由浅变深。不同桩身倾角组合结构加固下边坡的塑性区分布范围不同,当桩身倾角为20°时,发生剪切破坏的塑性区单元分布范围较小。为较好发挥斜直微型桩组合结构加固边坡效果,建议将组合结构中前排与后排的桩身倾角设置为15°～20°为宜。     

可液化场地变截面群桩基础动力响应研究

为研究可液化场地变截面群桩基础动力响应特征,依托翔安大桥,利用FLAC 3D数值模拟软件,建立变截面桩-土相互作用模型,研究了不同地震强度作用下,饱和砂土孔压比、变截面桩基桩身加速度、桩基位移、弯矩、剪力时程响应特征。结果表明：地震动峰值≥0.20 g时,不同埋深处的孔压比峰值基本达到0.90以上,此时砂土完全液化;桩身对地震动起放大作用,但随着地震强度增加,变截面桩的桩身加速度放大效应逐渐减小;地震波结束后桩基产生永久侧向位移;变截面桩身弯矩及剪力均呈双峰值变化形态,桩身弯矩最大值出现在液化土层与非液化土层分界处,桩身剪力最大值出现在液化土层中;在桥梁变截面桩基础抗震设计时,应重点研究液化土层与非液化土层分界处的桩基抗弯能力以及液化土层中桩基抗剪能力,以确保桩基的抗震性能。     

强震作用下液化场地桩-土非线性动力相互作用特性

为研究强震作用下液化场地桩-土非线性动力相互作用特性,依托海文大桥实体工程,利用Midas/GTS有限元软件,建立了桩-土相互作用模型,分析了地震动峰值为0.35g时4种类型地震波作用下桩身加速度、桩身位移、桩身弯矩及剪力等动力响应,并根据计算结果对桩基在强震作用下的安全进行了评价.结果表明:在0～10 m的可液化粉细砂层,桩身加速度峰值迅速增加,并在桩顶处达到最大,桩顶加速度出现峰值的时刻与桩底相比均呈现滞后现象,最大滞后时间为2.14 s;不同类型地震波作用下,在可液化的粉细砂层,Kobe波产生的桩顶位移最大,El-Centro波次之,5010波产生的桩顶位移最小;桩身弯矩峰值均出现在液化层和非液化层分界处,桩身剪力峰值均出现在地下0～10 m的可液化土层之间,Kobe波作用时,桩身弯矩和剪力峰值均最大,El-Centro波次之,5010波最小;地震动强度为0.35g,5010、5002、El-Centro地震波作用时,桩身弯矩及剪力峰值均未超过桩身截面抗弯和抗剪承载力,Kobe地震波作用时,桩身弯矩峰值小于桩身截面抗弯承载力,而桩身剪力峰值超出桩身截面抗剪承载力的68.6％,桩基础桩身强度不满足抗震要求,建议增加桩基础纵向配筋.     

湛江组结构性黏土中单桩水平承载性状试验研究

选取材质和桩径相同、桩长不同的3组模型桩,采用单向多循环加载法,在湛江组结构性黏土中进行单桩水平静载现场试验。通过对试验数据的处理,得到桩顶的水平荷载-时间-水平位移(H0-t-Y0)曲线、水平临界荷载Hcr、水平极限承载力Hu以及单桩的桩身弯矩、桩身剪力、桩侧土抗力沿桩入土深度的变化情况。分析结果表明,在水平荷载作用下,湛江组结构性黏土中具有相同材质、相同桩径的单桩,其水平临界荷载Hcr和极限承载力Hu与入土桩长呈正相关关系;桩身弯矩、剪力和桩侧土抗力的最大值均随着入土桩长的增加而增大;桩身弯矩和桩身剪力主要集中在桩身上部,最容易发生剪切破坏的部位在桩顶处;湛江组结构性黏土中单桩的桩侧土抗力沿入土深度呈不完整的S形分布,且其最大值出现在地平面附近。     

雨水渗透下节理岩质边坡失稳离散元模拟

采用一种新的能够考虑水软化与化学风化作用的复合微观接触模型,将其植入离散元软件PFC2D中,进行节理岩质边坡失稳过程的模拟.建立一个85°倾角并含有3组倾角为45°节理的岩质边坡,采用重度增加法研究岩质边坡在水软化及化学风化影响下的破坏过程.结果表明:边坡滑动过程中,应力应变波动较大,不同位置处的应力应变的波动具有相似的规律;滑动体的速度达到一定值时,才开始产生比较明显的位移;速度及位移快速增加的时刻晚于应力应变开始波动的时刻;岩质边坡的破坏主要为岩桥贯通,破坏面为节理滑动面,颗粒间主要为拉剪破坏与压剪破坏,破坏阶段拉剪破坏速率大于压剪破坏.     

高速公路改扩建工程边坡抗滑桩加固效果数值分析

为了分析改扩建工程中使用抗滑桩对边坡加固治理时的支护稳定性,基于FLAC3D软件对某改扩建边坡利用抗滑桩加固效果进行数值模拟,得到边坡的应力应变云图、桩身前后岩体压力及桩自身内力的分布规律。研究结果表明:抗滑桩的阻挡作用使桩周岩体局部应力增加,抗滑桩处的剪应变增量增大;抗滑桩前、后的岩土压力呈三角形分布,边坡滑裂面以下岩土压力分布复杂,可近似认为属于梯形或矩形分布;抗滑桩桩体在滑裂面位置处的剪力和弯矩最大。     

层状岩体边坡锚杆加固效应的数值分析

利用数值计算软件FLAC3D建立层状岩体边坡的稳定性分析模型,采用锚杆单元对岩体边坡进行加固模拟,得到加固后岩体的变形情况以及锚杆的受力情况.研究结果表明:边坡的破坏形式为明显的直线型滑动破坏,滑块的位移从上到下逐渐增大,水平位移最大处位于剪出口位置;层状边坡锚杆加固后,沿节理面发生一定的变形;各监测点位移沿自然坡倾向位置逐渐减小,越往岩体内部受到的开挖扰动越小;由于节理的存在,全长黏结式锚杆的轴力分布为多峰值曲线,峰值均出现在节理面位置;锚杆轴力最大位置可表征滑动面位置.     

节理岩质边坡变形破坏的RFPA模拟分析

利用基于强度折减法的RFPA-Slope,对节理岩质边坡的稳定性进行了模拟分析,直观地得到了坡体的滑移破坏面,同时求得安全系数·研究了岩体中节理贯通率、几何位置、倾角以及节理间岩桥长度等因素对边坡变形破坏模式、安全系数大小的影响,证明了节理是控制岩质边坡破坏的主要因素·RFPA-Slope对节理岩质边坡破裂过程的模拟对于理解边坡的破坏形成机理具有重要意义,算例的模拟分析说明RFPA-Slope能够较为准确地预测节理边坡潜在破坏面的形状与位置及相应的稳定安全系数,对于复杂的边坡稳定性分析是实用的·     

复杂荷载下斜坡上单桩水平承载特性研究

随着国家基础设施的不断完善,在实际工程中,建筑物桩基需要建立在倾斜的斜坡上,位于斜坡上的桩基的承载特性与平地上桩基的承载特性有明显的差别.利用自行研制的试验装置,采用粉土作为斜坡上的土体模型,进行了室内水平静载模型试验,得出斜坡上桩基在复杂荷载作用下的承载特性规律.运用ABAQUS有限元分析软件对斜坡上桩的承载特性进行数值模拟,计算结果与试验结果吻合较好,并进一步探讨了斜坡桩的桩承载因素的影响分析.研究结果表明:在水平推力较大时,桩顶位移随荷载呈现非线性变化,说明桩-土作用体系符合非线性模型规律;临坡距对桩身承载特性有一定的影响,斜坡上桩身距离坡顶越远,桩所受到的土体被动区土抗力越小,桩顶水平位移和桩身弯矩越小,在桩长和桩径不变的情况下,把桩设置在临近坡脚位置时可提高桩身的水平承载能力;增大桩周土体模量可以提高桩周土体对桩的嵌固作用,有效减小桩顶侧移和桩身最大弯矩.     

过渡段地基加固作用对桥台桩工作性状的影响分析

为研究过渡段地基加固作用(桩间距为3d,4d,5d和6d,d为CFG桩径)对邻近桥台桩工作性状的影响,进行离心模型试验及三维数值模拟。研究结果表明:过渡段地基加固作用对桥台桩受力变形影响表现为在竖向上利用CFG桩荷载深层传递作用改变软土地基沉降变形特性,在水平方向上CFG桩对软土的侧向流动起显著阻拦作用;随着CFG桩间距增大,受负摩阻力作用的桥台桩中性点位置下移,最大轴力增大,桩端阻力随之增大;桩身弯矩最大值随CFG桩间距增加而增大,其位置(最危险截面)从桩长1/2处逐渐转移至桩顶;桩身剪力分布大致呈"反S"型,2处拐点分别位于土层界面及CFG桩端平面,且随着CFG桩间距增加,土层界面处桩身剪力增大而CFG桩端平面处剪力减小;桥台桩水平位移随桩间距增加以一固定点呈旋转式增大,桩身挠曲也越明显,而桥台转角及水平位移随桩间距近似线性增加;与天然地基相比,CFG桩在一定程度上限制了路基荷载下土体蠕变特性的发挥。     

抗滑桩加固边坡稳定性及影响因素的有限元分析

通过Fortran95语言编制边坡在抗滑桩加固情况下的稳定性程序(FPS),并与商业软件FLAC3D的计算结果进行对比,以验证程序的正确性及优越性;然后,通过抗滑桩支护参数对边坡稳定性的影响进行分析.研究结果表明:(1)当桩长较小时,抗滑桩设置在边坡中下部对稳定性最有利,当桩长较大时,抗滑桩设置在边坡中间对稳定性最有利;(2)桩长对于边坡安全系数的影响程度与抗滑桩布置的位置有关,当抗滑桩位于坡顶或者坡脚时,桩长的变化对于安全系数的影响很小;而抗滑桩位于边坡坡面中央时,在桩的长度达到临界桩长之前,边坡的安全系数与桩长呈显著的线性关系;(3)随着桩长的不断增大,潜在滑动面逐渐向边坡内部移动,破坏模式由浅层滑动变为深层滑动,安全系数也不断增大;但当桩长达到一定程度后,边坡的临界滑动面转移到临坡面位置.     

联合支挡结构中抗滑桩设计参数分析与优化

提出了联合支挡结构支挡结构的稳定系数计算公式,并依托实际工程建立数值模型.通过与桩基托梁挡土墙和桩板墙进行对比,验证了联合支挡结构支挡高填方路基的优越性.分析了桩间距、桩身截面尺寸和锚固长度对抗滑桩弯矩和水平位移的影响,结果表明:抗滑桩的截面尺寸对桩身弯矩、位移和结构的稳定性均有较大影响;桩间距变化对桩身弯矩的影响较小,但对结构的稳定性影响较大;实际工程中应尽量减小平台与基岩交界面之间的顺坡倾角,并将挡土墙水平位移控制在适当的范围内.     

隧道开挖引起既有建筑物桩侧摩阻力的理论研究

择优选取桩土荷载传递的侧摩阻力计算模式,借助文克尔地基模型,运用两阶段分析理论探究隧道开挖对桩基效应的影响。阶段1解出相应桩位处的沉降量并用多项式简化,阶段2将其沉降施加于桩侧建立桩身沉降微分方程。通过逻辑推导并借助边界条件得到沉降计算表达式,继而得到桩侧摩阻力和桩周轴力。结合工程算例,根据隧道与桩基的空间位置关系分析桩侧摩阻力和桩周轴力随桩长的变化规律。研究结果表明:对于给定的围岩土质概况,若保持桩隧距离不变时,桩长对桩基效应变化影响较大;桩长小于15 m时,土体位移稍大于桩位移,单桩沉降很大,且单桩主要承受负摩阻力效应;桩长超过15 m时,土体位移明显大于桩位移,部分桩段承受负摩阻力,部分桩段承受正摩阻力,且摩阻力为0处的单桩轴力最大。     

基于FLAC~(3D)液化场地桩-土动力相互作用研究

文章研究液化场地对桩基的影响,得到基础液化对桩基的影响规律;以液化场地桩基变形为研究对象,通过液化判定准则与超孔压比的变化了解液化的过程,利用FLAC3D有限差分软件,分别探讨了桩身弯矩和桩-土相互作用力在地震作用下的变化以及液化作用对桩、土位移的影响,并对群桩中的角桩、边桩和中心桩弯矩幅值进行对比。研究结果表明,桩侧向位移随液化程度的加深而变大,在土体达到液化状态时,桩身弯矩和桩身剪力也达到了最大,且角桩和边桩的弯矩幅值比中心桩大。     

塑料排水板堆载预压处理软土地基对临近桥梁桩基的影响研究

对某软土地基的塑料排水板堆载预压进行了桩基沉降和地基土孔隙水压力监测,使用ABAQUS有限元分析软件建立了三维有限元分析模型,现场实测数据结合有限元模型分析结果,系统研究了塑料排水板堆载预压处理软土地基对临近桩基的影响,研究结果表明:堆载预压初期孔隙水压力急剧增加,前期孔隙水压力消散较快,后期逐渐减小;临近桩基的变形主要以水平变形为主,竖向位移较小,随着孔隙水压力的消散,桩身水平位移随时间逐渐减小;堆载预压对临近桩基的不利影响主要发生在堆载预压初期,该阶段桩侧被动土压力和桩身弯矩均最大,且都位于桩顶处,随着孔隙水压力的消散,桩侧被动土压力和桩身弯矩都随时间逐渐减小;桩身最大水平位移和最大弯矩都随堆载预压距离的增加而急剧减小,因此在桩基附近进行塑料排水板堆载预压处理软土地基时,应保持合适的堆载预压距离.     

微型钢管抗滑桩的受力特点及其应用

结合工程实例,运用数值模拟的方法,对微型钢管抗滑桩的受力特性及支护效果进行研究.结果表明在加固土质边坡中,微型钢管桩受力主要表现为承受坡体侧向土压力,在加固岩质层状边坡中微型钢管桩的受力主要表现为承受坡体下滑的剪力,当微型钢管桩抗剪强度达到屈服强度后,逐渐转为受拉.因此,在加固土质边坡中,由于微型钢管桩截面矩有限,宜设计连系梁并结合锚杆(索)一起使用,以提高其整体抗弯性能;在加固层状岩质边坡中,不但应考虑微型钢管桩的抗剪性能,还应保证其足够的嵌固深度.     

岩质高陡边坡动力响应及失稳机制大型振动台模型试验研究

针对岩质高陡边坡动力响应和失稳机制问题,设计并完成了含不连续节理的岩质高陡边坡大型振动台模型试验.对主要岩性特征,采用水泥、沙、铁粉、黏土与混合剂配制岩体材料.对岩质边坡的不连续节理,在边坡内部按照一定的规律设置表面摩擦系数极低的特氟龙布.试验表明,含顺向不连续面的高陡岩质边坡地震作用下的破坏形态主要有三个阶段:裂缝开展,坡面剥落,崩塌滑动;主要滑动面沿特氟龙开展,发生在2/3坡高的位置;加速度响应沿坡面向上有明显放大,水平向加速度占主导;当地震烈度加大时,离坡尖越近,加速度放大效应越强.     

排桩加固支护边坡作用机理的有限元分析

目的为了解决滑坡推力较大时,单排抗滑桩加固不能保证边坡的安全可靠,确定一种更加安全的边坡支护措施.方法采用强度折减的有限元法对某水电站厂房后边坡进行模拟,将得到的安全系数与极限平衡法所得安全系数进行对比,然后分别对采用单排抗滑桩和双排抗滑桩加固的边坡进行三维数值分析.结果计算表明,强度折减的有限元法分析此边坡是可行的,采用双排抗滑桩加固边坡比采用单排抗滑桩作用更加明显,在桩身位移,桩身弯矩最大值以及桩身的剪力方面,双排抗滑桩都不同程度的小于单排抗滑桩.结论在保证边坡抗滑桩加固工程的安全可靠性的前提下,可以使用单排桩加固的支护措施,当边坡推力较大时,需采用双排抗滑桩,可以大大降低工程成本,提高经济效益.     

基于极限平衡法的岩质边坡结构面贯通性质研究

结构面影响着岩质边坡稳定性,而结构面的贯通性质是研究结构面的重点。针对某岩质边坡工程,利用Slide极限平衡法软件,从结构面倾角、贯通率和贯通形式出发,研究贯通性质对岩质边坡稳定性的影响。计算结果表明:结构面的贯通形式对坡体稳定性无明显影响;当坡体处于稳定状态时,结构面倾角越大,坡体安全系数越大;当坡体处于失稳状态时,结构面倾角越大,坡体安全系数越小;当结构面的倾角和贯通形式一定时,结构面贯通率越大,边坡安全系数越小,坡体容易发生失稳破坏。