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。     

深开挖基坑回弹引起的坑中桩受力与位移计算

深基坑开挖卸载坑底土回弹会对坑底桩的受力性状产生影响.在不考虑桩身自重的情况下以残余应力法和Mindlin解为基础,以桩土位移协调和桩体受力平衡为条件,研究刚性桩桩体回弹量和桩侧摩阻力分布.分析结果表明,桩体的位移量随着桩长和桩径的增长而减小,桩径的变化对中性点的深度位置以及桩侧摩阻力的分布形态影响很小.中性点随着桩长的增加其深度位置逐渐下移.当桩长相对较短时,桩体的位移量随着基坑开挖深度的增加为增大;当桩长相对比较长时,桩体的位移量随着基坑开挖深度的增加而增大,最后出现平缓的趋势.中性点随土体回弹再压缩模量的增大而下移,桩体回弹量随土体回弹再压缩模量的增加而减小,后趋于定值.     

双壁静压开口管桩贯入及承载特性试验研究

为了更进一步研究黏性土地基上静压桩贯入及承载特性,通过在桩身安装光纤光栅(FBG)以及在桩顶安装温度自补偿传感器,对双壁开口模型管桩的沉桩和单桩承载特性进行研究。结果表明:压桩力、桩端阻力、桩侧摩阻力随着贯入深度的增加而增大,且桩端阻力为沉桩过程的主要阻力,沉桩结束时占比为66.7%。相比于外管,内管桩侧摩阻力和桩身轴力均较小。荷载-位移曲线为陡降型,最大沉降为47.72 mm,极限荷载为6.3 kN,是沉桩终压力的2.48倍。试桩内管桩身轴力在土塞高度范围内以及外管桩身轴力在桩长范围内随着桩身埋深逐渐减小。内管桩侧摩阻力仅在土塞高度的范围内随着深度逐渐增加;外管桩侧摩阻力在荷载小于7.0 kN时,随着深度呈先增大后减小的趋势,当桩顶荷载达到7.0 kN时,随着深度逐渐增大。在各级荷载作用下桩端阻力占桩顶荷载的比例为53.6%～65.1%,表现出了较好的端承桩性状。研究结果对双壁开口管桩内外管贯入及承载特性的研究具有重要的意义。     

不同桩体材料复合地基承载及变形性状对比试验研究

通过室内模型试验,实测得到碎石桩、夯实水泥土桩和CFG桩复合地基桩土荷载分担比、桩土应力比和桩间土深层变形,并对三类不同桩体材料复合地基的承载及变形性状进行了对比分析.认为碎石桩复合地基和夯实水泥土桩复合地基均存在有效桩长或有效复合土层厚度;碎石桩桩长超过有效桩长,对提高复合地基承载力和压缩模量、减小变形效果不明显,除一些特别情况如为处理可液化地基外,设计桩长可适当超过有效桩长,但不宜过长;夯实水泥土桩复合地基的有效桩长与桩身强度相关性显著,应以桩身强度控制进行夯实水泥土桩桩体设计,使按桩身强度确定的单桩承载力大于或等于由桩周土及桩端土的抗力所提供的单桩承载力;CFG桩复合地基桩身强度高,桩体自身压缩性小,可全桩长发挥侧阻作用,当桩端落在好的持力层时,能很好地发挥端阻,提高承载力,减小变形,设计时应优先选择好的桩端持力层进行设计.     

变截面桩水平承载规律研究

基于变截面桩水平承载计算理论,考虑不同异化深度、有效截面面积等因素,对变截面空心方桩、变截面管桩和变截面加翼管桩这3种类型变截面桩在淤泥质土中的承载性状进行了规律性研究,结果表明:变截面桩桩顶位移均随异化深度的增大而非线性减小,减小速率先增大后趋缓;桩身最大弯矩随异化深度的增大均呈先减小后增大的趋势,当异化深度为(3~4)d时桩身最大弯矩值最小;变截面桩的水平承载力均随异化深度增大而非线性增大,异化深度小于7d时变截面加翼管桩的承载力较其他2种变截面桩有明显优势,异化深度大于7d后则开始情况相反;异化深度相同时,变截面空心方桩承载力较变截面管桩有优势。综合考虑承载力及桩身弯矩随异化深度的变化后,建议变截面桩异化深度(3~4)d为宜。     

微型桩支护作用下的深基坑开挖过程力学响应分析

借助ABAQUS分析软件建立深基坑微型桩支护体系三维有限元模型,对开挖卸荷过程中微型桩的力学响应进行分析,探究由于开挖卸荷引起的体系应力、变形变化规律.分析结果表明,在基坑开挖卸荷过程中,当开挖到一定深度时,锚固段以上土体应力渐趋于零,而锚固段以下土体应力逐渐呈梯形分布;开挖过程中桩身承受正反弯矩,正弯矩逐渐增大,负弯矩则先增大后减小,锚固段可能出现走滑的现象;开挖结束后,桩身在靠近基坑底面处产生局部的倒"S"形扭曲变形,桩体呈双点拉剪破坏.     

考虑水泥土软化特性的桩承加筋路堤渐进破坏研究

针对目前水泥土桩承加筋路堤稳定性计算较少考虑水泥土应变软化特性的不足，采用无筋水泥材料破坏后特性的应变软化模型(Concrete Model, CM)研究桩承加筋路堤的失稳过程，通过分析不同位置桩体受力特性和桩体塑性区的发展情况，探究桩体的破坏顺序及破坏模式.结果表明：CM模型能够准确地模拟应变软化对水泥土剪切和弯曲破坏的影响，忽略水泥土桩的应变软化特性会高估桩承加筋路堤稳定性；水泥土桩破坏由桩身弯矩和轴力分布控制，桩体破坏诱发的应力释放引起临近桩体的内力变化，导致临近桩体发生渐进破坏；坡面下的桩体容易发生弯曲破坏，破坏方向由坡脚向路堤中心延伸，而路面下的桩体容易发生剪切破坏，破坏方向由路堤中心向坡脚延伸；加筋体刚度的提高会降低桩体的弯矩，桩承加筋路堤的破坏模式由渐进破坏转变为承载力不足的瞬时破坏.     

狭窄场地二元结构高边坡组合支挡变形与优化分析

以某狭窄场地地下厂房土岩组合高边坡为例,采用条分法和数值分析法对上部桩锚与下部锚喷组合支护结构进行变形及稳定性分析,并对支护体系进行设计优化,最后结合现场实测对优化效果进行评价。结果表明：（1）随着开挖深度增加,桩身侧移、地表沉降和土体位移均逐渐增大,位移主要发生在土层中,桩身最大侧移点逐渐下移,发生在桩身第3排锚索下约2~3 m处。桩顶2 m范围内和公路区域地表沉降较大,近地表和桩身1/3区域土体水平位移较大;（2）数值分析与实测结果较为接近,组合支护体系能够有效控制坡体变形以及桩体侧移;（3）优化后地表沉降最敏感,比优化前增加约56%,土体位移增加约40%,而桩身侧移变化较小;（4）组合结构分界处平台宽度不应小于3~5倍桩径,且不应小于5 m,桩的嵌岩深度应控制在桩长的1/4左右,桩身设置多排锚索可有效控制变形。     

超高填方荷载下刚柔组合桩复合地基的加固机理及其优化设计

以玉溪—磨憨铁路普洱车站的超高填方工程为依托,借助ABAQUS有限元软件,研究超高填方路堤荷载下传统刚性桩和柔性桩复合地基桩体的受荷模式及路基稳定性。传统的刚性桩复合地基路堤中心处PHC管桩,桩身所受剪力和弯矩较低,PHC管桩的抗弯性能、抗剪性能未得到充分的利用;而传统的柔性桩复合地基则表现为路堤边桩侧向变形大,桩体柔性弯曲明显,路堤安全性相对较低等特点。在确保路堤安全的前提下,提出一种兼顾工程成本的超高填方荷载下刚柔组合桩复合地基优化设计方法,即将刚性桩布置于潜在滑裂面剪入口或剪出口位置,其余位置布置柔性桩。并借助有限元数值模拟方法对其加固机理及效果进行分析。研究结果表明:当刚性桩布置在剪入口位置时,能显著减少路堤的侧向变形以及坡肩处路堤顶面的竖向变形,其存在可直接阻止潜在滑裂面的进一步发展和贯通;而将刚性桩布置在剪出口位置,亦能减少路堤的侧向变形,但效果并不显著;且其能分担剪出口处桩周土体所受的剪切应力,使其塑性区向四周分散。2种优化方案下路堤安全系数均较常规柔性桩复合地基安全系数有显著提升。     

复合桩加固液化土桩身弯矩分析

通过对水泥土桩与钢管桩复合加固地基模型和碎石桩与钢管桩复合加固地基模型进行振动台模型试验,分析了这两组复合桩加固模型在模拟地震作用下超静孔隙水压力和桩身弯矩的变化情况,得出水泥土桩与钢管桩复合加固模型超静孔隙水压力几乎不变但桩身弯矩值下降很快,说明水体无排出,桩间土部分液化,土体承担荷载减小而桩体承担荷载增大;碎石桩与钢管桩复合加固模型超静孔隙水压力消散明显且桩身弯矩值有所降低,说明水体排出土体密实,土体承担荷载增大桩体承担荷载减小;因此,设计碎石桩与钢管桩复合加固液化土对实际工程很有意义。     

混凝土管桩水平受力性状有限元分析

根据文克尔地基模型,假定地基土的水平抗力系数沿深度成线性变化,利用有限单元法对水平荷载下混凝土管桩的水平位移、桩身弯矩等变形特性及其影响因素进行分析。通过对桩径、桩周土水平抗力系数的分析发现：桩径对桩顶水平位移的影响较大,对桩身弯矩的影响较小;而土体水平抗力系数对水平位移和弯矩都有较大的影响。此外,对具有相同有效截面积实心桩和管桩的水平抗力性进行比较,结果表明,相同条件下,管桩的水平抗力效果较好。     

静压桩沉桩施工对临近隧道的影响

基于圆孔扩张理论运用FLAC^3D 有限差分软件模拟了静压桩沉桩挤土过程, 并对土体位移的数值模拟结果与解析解计算结果进行了对比, 二者的计算数值与变化趋势吻合得较好. 在此基础上, 运用位移贯入法模拟沉桩的摩擦作用, 使沉桩全过程的计算结果更趋近于实际情况. 基于此数值模拟方法分别计算沉桩深度为4, 8, 12, 16, 20 m 的沉桩行为对临近隧道的变形与内力影响, 得出了以下结论: 静压桩沉桩对邻近隧道的变形有较明显的影响.随着沉桩深度的增加, 隧道结构位移也随之增大, 且以水平位移为主. 当沉桩深度达到20 m 时, 隧道结构最大位移为11.55 mm. 沉桩过程亦使隧道产生一定的扭转: 沉桩深度为4, 8, 12, 16 m 时, 隧道顺时针偏转(背向沉桩方向);沉桩深度为20 m 时, 隧道逆时针偏转(朝向沉桩方向). 随着沉桩深度的增大, 隧道结构的附加弯矩从对称竖向轴线分布逐渐向逆时针方向偏转至对称横向轴线分布; 沉桩后隧道的弯矩图有逆时针扭转的趋势(转向沉桩侧), 且大部分隧道结构的弯矩绝对值有减小趋势.     

焊接接头腐蚀对预应力高强混凝土管桩抗震性能影响的有限元分析

针对地震作用下预应力高强混凝土管桩的受力特性问题,考虑焊接接头腐蚀的影响,应用ABAQUS有限元软件建立管桩-土体三维模型,采用拟静力的方法对管桩顶部施加水平低周往复荷载来模拟地震荷载,研究了竖向荷载与焊接接头的腐蚀程度对PHC管桩抗震性能的影响,并提出了增配非预应力筋的改善措施。结果表明,竖向荷载的存在会降低管桩的耗能能力,而提高管桩的水平极限承载力;焊接接头处焊缝的应力最大,在焊接接头腐蚀后率先发生屈服,管桩的水平极限承载力随着焊接接头腐蚀程度的增大而降低,其造成的影响不容忽视;通过在桩身配置一定数量的非预应力筋能降低焊接接头处焊缝的应力,同时能够有效改善管桩的耗能能力,提高管桩的水平极限承载力,从而降低焊接接头腐蚀对管桩抗震性能的不利影响。     

基于ANSYS的组合荷载作用下水平受荷桩的有限元分析

根据泰州市郊某一拟建工程中桩的水平静载试验数据,运用有限元分析软件ANSYS,对水平荷载单独作用下的单桩进行了三维有限元数值模拟与分析,并在此基础上对模型进行改进,研究了组合荷载作用下桩的工作性状。主要分析了水平荷载、轴向荷载、桩的抗弯刚度、桩径以及自由段桩长对桩身响应的影响。研究结果表明:桩身水平位移和弯矩随着水平荷载和轴向荷载的增加而增大,且当水平荷载较大时,轴向荷载作用引起的P–?效应(轴向荷载引起的附加位移)比较明显,其随自由段桩长的增加而增大,随抗弯刚度和桩径的增加而减小。     

预应力混凝土管桩桩基承载力影响分析

对PHC管桩单桩竖向承载力和水平承载力性状特征进行了规律分析,研究了水平抗力系数的比例系数m的主要影响因素,结合PHC管桩桩基现场原位试验,进行了经济型比较分析.结果表明:针对夹有碎石填土层和基岩风化带,锤击法相对静压法具有更大的适用性;为保证桩端顺利进入持力层和选择合适的桩长,在施工前,应在未探明地质条件处采用超前钻;PHC管桩灌芯后水平极限承载力可提高50%以上;单桩水平抗力系数的比例系数m主要取决于桩侧地基土的性质,桩体刚度对其的影响呈非正相关关系;PHC管桩费用采用每吨承载力平均费用公式进行经济分析是可行的,可以达到节省投资的目的.     

黄土地区微型钢管水泥桩单桩承载特性试验研究

随着桩基技术的不断发展,微型钢管水泥桩在工程中的应用越来越广泛;黄土地区对微型钢管水泥桩的研究相当匮乏。为了研究黄土地基中微型钢管水泥桩的承载特性、桩身轴力的传递特征、桩侧阻力和端阻力的发挥性状,对兰州地区3根微型钢管水泥桩进行现场单桩静载试验。在3根试验桩桩身埋设混凝土应变计,对试验桩进行内力测试。研究结果表明:(1)微型钢管水泥桩桩周土经水泥浆加固过后,单桩承载力提高较大,该类微型钢管水泥桩桩基设计时可适当提高侧阻取值。(2)微型钢管水泥桩桩端附近存在桩侧摩阻力的弱化效应。为了增大桩侧摩阻力的发挥,可以考虑桩端做扩大头,进而增加桩基承载力。(3)当桩顶荷载与桩顶加载极限值比值小于等于0.615时,桩顶沉降主要为桩身压缩变形引起,规范简化法综合系数取值0.2可近似计算桩顶沉降,且误差较小。当桩顶荷载与桩顶加载极限值比值大于0.615时,计算桩顶沉降时还应考虑桩端土体的沉降。     

承压螺旋桩斜向荷载试验与极限荷载判定分析

桩基础所受外载荷并不是单一方向的载荷,如输电塔结构,在承受竖向压力的同时承受着水平载荷作用,导致基桩受到斜向压荷载作用,该种条件的桩基础极限载荷的确定对结构设计的安全性极为重要.为此,开展承压螺旋桩基础斜向荷载的试验研究工作.模型试验采用1#(叶片距宽比为3.14)和2#(叶片距宽比为5)2种桩型,1#桩型试验5次,2#桩型试验4次,2组共计9次试验.承压螺旋桩斜向荷载试验表明:①本次试验桩顶水平位移较竖向位移大了1个数量级,螺旋桩基础的竖向承载能力并未得到充分发挥,竖向分量限制了背载侧叶片对地基向上的压缩作用,从而提高了基础抗水平载荷的能力.②叶片间距增大时(1#<2#),荷载-位移曲线表现出更为明显的非线性特征,1#和2#桩受载侧地基表面均出现放射性裂纹;1#桩背载侧地基表面沿桩体外径开裂,2#桩的背载侧出现似"拔出体".③可采用F-ΔX0/ΔF方法、S-LogP方法,并根据荷载量变化、桩土相互作用和桩周材料的变形阶段确定螺旋桩基础的斜向极限载荷;本次试验1#桩的判定极限荷载为327.93 N,2#桩为348.06 N.     

水平地面位移对斜桩工作性质的影响

分两种情况分析了带斜桩的群桩工作特点：（1）群桩只承受竖向和水平的荷载,没有水平地面位移;（2）群桩在承受竖向和水平荷载作用的同时,还承受水平地面位移。重点分析了斜桩对群桩特征（群桩沉降,水平位移和转动,桩的荷载和弯矩）的影响。结果表明：当桩群承受竖向和水平荷载时,斜桩的存在对桩群的承载能力明显的改进,尤其在减小水平位移方面。但是当存在水平地面位移时,斜桩的存在会引起附加弯矩和桩侧向变形的发展,对群桩承载能力产生不利影响。     

复杂荷载作用下桩基承载特性模型试验系统研发

自主研发了复杂荷载作用下桩基承载特性模型试验系统,可开展单向荷载、竖向-水平耦合荷载作用下桩基加载试验。由模型槽、竖向-水平耦合加载系统、测量系统三部分构成,子系统之间以螺栓连接,可拆解。模型槽由透明有机玻璃制作、角钢加箍,便于试验土体观察和模型桩埋深、仪器埋设控制;加载系统采用滑轮、配重块和微型千斤顶、液压泵施加竖向-水平耦合荷载,设置直线滑动导轨为荷载方向调节装置,以消除水平面内桩顶与微型千斤顶之间摩擦力对桩土的作用效应,维持竖向力始终作用在桩顶中心位置;测量系统除可测得桩顶水平位移、沉降等数据外,亦可多点测量桩身水平挠曲线。最后开展了单向荷载、竖向-水平耦合荷载作用下PCC桩承载特性模型试验,对试验系统的可靠性和稳定性进行了验证。