水平推力作用下抗滑桩间土拱效应影响因素的数值分析

利用FLAC3D软件对抗滑桩后土体的应力拱产生过程和形成机理进行三维数值分析,并通过一系列的对比计算,研究桩间距、土体性质(包括士体的内摩擦角、黏聚力、弹性模量、泊松比、膨胀角)以及桩土接触面性质等因素对土拱效应的影响.研究结果表明:随着抗滑桩桩间距的增大,土拱范围变小,土拱形状也由拱形发展到扁平抛物线形,桩的荷载分担比降低.土体内摩擦角、土体黏聚力以及桩土之间的相对弹性模量对土拱效应的影响呈正相关关系,而土体的泊松比对桩后土拱范围的影响呈反比关系,土体的膨胀角对土拱效应影响不太明显;随着桩土接触面粗糙程度的增加,桩后土拱的范围增大,土拱效应也越显著.     

基于法向应力突变的双排抗滑桩土拱效应的数值分析

土拱效应是抗滑桩与土相互作用的重要现象之一.应用有限元软件,采用法向应力突变的新方法分析双排抗滑桩桩后土拱效应,研究了桩后土拱效应发生的机理,分析了桩间距、桩排距、布置方式等影响因素对桩后土拱效应的影响,并结合桩土荷载分担比作了对比分析.分析表明法向应力突变的方法是一种分析土拱效应的有效方法,布置方式对双排抗滑桩土拱效应影响明显,梅花型布置优于平行布置.     

滑体为黏土层的悬臂式抗滑桩三维土拱效应研究

为优化抗滑桩的设计,针对滑体为黏土层的悬臂式抗滑桩,基于ABAQUS软件构建了桩间距分别为3b、4b、5b、6b(b为矩形桩宽度)的4个三维有限元数值模型,分析顶下1、3、5、7、9、11m深度处的水平土拱效应,以研究竖向上水平土拱效应的变化即三维土拱效应.桩顶下1m处,桩间距为4b时桩后土拱中大主应力占桩后大主应力的95.3%,此时土拱抗滑性能发挥得最好.深度为5m时的大主应力云图中依然有十分明显的土拱,但是相较于较浅处其桩后壁处以及桩后土拱处的大主应力均为负值,说明随着滑坡推力的增大,逐渐大于桩后土拱的抗滑力,这时桩间土拱逐渐发挥作用,但此时桩后土拱并未破坏.桩顶以下7m处土拱在各桩间距下均有形成,但桩间土拱的拱高均有所降低,桩间土拱破坏后,大主应力的拱形弧线向桩间移动,新的桩间土拱再次形成,说明土拱的形成和破坏往往不是一次完成的,而是有几个往复的阶段.深度为9m时的桩后土拱比深度为7m时的桩后土拱承担了较小比例的滑坡推力,说明随着深度的增加,桩后土拱承担的滑坡推力的比重在下降.而当深度变为11m时,桩后土拱和桩间土拱已变得不太明显.三维土拱的拱高从桩顶向下逐渐减小,是由于滑体推力随深度由大变小造成的.本文的研究能为抗滑桩桩间距的合理设计提供参考.     

基于土拱效应的支护桩间距确定方法

在分析桩间土体成拱效应的基础上,从均布荷载作用下抛物线土拱计算模型出发,利用合理拱轴线和起拱点处土体破坏面等几何特征,通过桩间土拱静力平衡条件与强度条件共同控制来确定桩间距,从而推导出支护桩的间距计算公式.公式表明:桩间距随着桩后土压力的增大而减小,却桩后土体粘聚力或内摩擦角的增大而增大.最后通过工程实例计算,得到了比较合理的结果,具有一定的工程参考价值.     

考虑土拱效应的小桩距抗滑桩侧向力计算

在总结分析国内外抗滑桩极限侧向力确定公式及其适用范围的基础上,将散粒体极限应力状态平衡微分方程引入抗滑桩桩间距对桩后土拱效应影响规律分析中,发现小桩距下桩端土较桩间土先达到极限平衡状态,推力过大时桩端土产生塑性变形而非桩间土绕流,桩土荷载分担比极大. 研究结果可以解释试验中发现的现象,即小桩距下可产生明显的土拱效应,在较大滑坡推力下拱脚优先于拱顶发生破坏. 借鉴目前对桩后土拱效应的研究成果与极限侧向力研究思路,结合日本建设省土木研究所的“土研公式”,提出适用于小桩距下抗滑桩侧向力确定的新方法,可为抗滑桩设计计算提供参考.     

土拱应力递减模型及其在滑坡荷载分担模型中的应用

土拱效应是抗滑桩工程发挥作用的关键内容.以土拱的应力变化为研究点,首先明确了土拱拱轴线,然后推导了新的土拱应力递减模型,由此量化了土拱关键拱形参数的计算方法,最后提出了新的滑坡荷载三级分担模型.研究结果表明:桩间土拱和桩后土拱的应力呈指数递减规律,基于土拱应力递减模型提出的拱迹线倾角和土拱厚度两个计算公式由于考虑影响因子全面因而更加切合实际;依据计算的桩后土拱和桩间土拱极限承载力可知,阶段划分的滑坡荷载三级分担模型与滑坡体-抗滑桩作用阶段特征相符合.研究可加强对土拱效应理论的理解,也可为滑坡抗滑桩设计起指导作用.     

微型圆桩加固平面滑坡的桩间距分析

基于平卧滑坡的概化物理模型,针对工程中常用的微型圆桩加固平面滑坡的工况,建立了直接拱脚和摩擦拱脚共同存在的复合土拱计算模型.根据土拱效应的静力平衡条件和最不利位置拱脚处的土体Mohr-Coulomb准则探讨了较为合理的圆形微型桩间距的计算方法.并在此基础上,通过对计算对桩间距计算公式的定性分析,探讨了桩间距与滑坡土体的抗剪强度参数、抗滑桩半径、下滑力以及滑面倾角的变化规律.并以实例说明了桩间距的计算过程,得到了较为合理的计算结果.     

基于ABAQUS的桩土相互作用机理的研究方法探讨

抗滑桩作为边坡支挡结构物因其施工便利抗滑效果好等优点,在滑坡治理中得到了广泛的应用,作为影响工程经济性的主要原因之一,桩间距的确定在工程实际中多采用经验公式。从土拱效应出发,根据当前对土拱形成机理的研究成果,提出通过开挖桩间及桩前土体来分析桩后土拱和桩间土拱的相互作用关系的有限元数值模拟方法,对基于土拱效应的桩间距的计算公式的确定将有有益的参考。     

切方边坡悬臂桩土拱效应形成与失效机制数值模拟

为了分析切方边坡悬臂桩受力特征,运用二维颗粒流方法建立了相应的数值模型,研究了桩间土拱形成的过程及其破坏机制。依据桩后土体的荷载-位移曲线和变形特征,揭示了桩后土拱形成过程的3个阶段以及各阶段土体应力分布和变形的特征。研究结果表明:抗滑桩土拱的形成机制主要依赖于土体微元的荷载传递过程;土拱效应的形成过程受桩土相对位移的控制,且受桩间距的影响较大,而受土体参数的影响较小;抗滑桩土拱效应失效过程的数值模拟显示,土拱失效过程可分为3个阶段,且该过程受贴近桩体的土体的渐进破坏控制。土体强度和桩间距对桩后土体的荷载-位移曲线影响都较为显著。桩距相同时,随着土体强度的提高,桩后土体的极限荷载也越高,但对应的桩土相对位移量却较接近,同时软弱土体土拱效应的失效以"绕流"模式为主,而强度较高土体的土拱效应失效以"滑塌"模式为主;抗滑桩间距越小,桩后土体的峰值土压力越高,所对应的桩土相对位移越大。     

斜插式桩板墙板间土拱效应数值模拟与竖向合理拱轴线计算方法

板间距大小是斜插式桩板墙结构关键设计参数,也是该结构能否被推广应用的核心问题.本文采用ABAQUS有限元软件分析了板间距变化对斜插式桩板墙板间竖向土拱效应的影响规律,给出了斜插式桩板墙的合理板间距范围,同时以相邻板板底作为拱脚支撑,计算得到了斜插式桩板墙板间竖向土拱拱轴线方程,并验证了受力分区的合理性.分析结果表明:斜...     

基坑排桩桩间土拱效应的颗粒流模拟研究

基坑支护排桩之间净距离的大小对桩后土体的受力与变形会产生影响,采用连续介质研究方法无法研究相邻桩之间土拱的形成对桩后土体的影响.本文采用颗粒流软件PFC 2D对桩间水平土拱的形成、发展及失效整个过程进行数值模拟,分析了桩间距对土拱效应的影响,并对比了方形桩和圆形桩在产生土拱效应方面的差异.本文研究从微观方面揭示了土拱效应形成及破坏的机理,分析发现土拱的最大承载力、桩的最大荷载分担比随桩间净距与桩径比值的增大而减小,并且在相同的桩间距情况下,方桩受力性能优于圆桩.因此,在进行支护桩设计时,应选择合理的桩型和桩间距从而达到优化设计、节省投资的目的.     

基于法向应力突变的组合式钢管抗滑桩土拱效应模型试验研究

土拱效应是抗滑桩与土相互作用的重要现象之一。将通过法向应力突变分析抗滑桩土拱效应的新方法推广到存在桩前土的悬臂式抗滑桩;并针对此抗滑桩设计了模型试验,提供了一种新思路。试验现象表明,桩后土压力发生突变,产生了土拱效应;在一定范围内增大外荷载时,桩间土拱效应呈现出随荷载增大而增强;但在此后继续增大外荷载,土压力突变现象减弱,土拱效应减弱;在一定范围内,桩间距较小时土拱效应更明显。     

桩间距和桩帽宽度影响土拱效应的现场试验

为了研究桩间距和桩帽宽度对桩承式加筋路堤土拱效应的影响,在广清高速公路拓宽工程庆丰收费站进行了现场试验,实测了路堤荷载下不同桩间距和桩帽宽度下桩帽及桩间土表面的竖向土压力,据此获得土拱高度与桩帽净距的关系.试验结果表明,桩间土表面竖向应力近似均匀分布.当桩帽净距数值超过1.0m以后,土拱高度随桩帽净距的增加而减小.桩帽-土应力比随路堤荷载的增加而增大,随桩帽宽度和桩间距的增加而减小.桩帽荷载分担比随路堤荷载和桩帽宽度的增加而增大,随桩间距的增加而减小.桩间土荷载分担比随路堤荷载和桩帽宽度的增加而减小,随桩间距的增加而增大.     

软基中桥头路基对邻近桥桩的影响分析

软土地基中桥头路基填土造成了软土层不断被压缩和被侧向挤出,对邻近桥桩产生侧向压力,并导致桩身挠曲,使之成为被动桩。在各国学者的研究成果基础上,建立FLAC3D数值模型,进行被动桩与土体相互作用分析,从桥头路基的填筑高度、速率、软土层的压缩模量以及路基距离等因素对邻近桥桩力学性状进行探讨,得出了路基填筑对邻近桥桩桩身位移、弯矩和桩侧反力的变化规律,并提出了有效的处理措施。得出的结论和规律对施工方案的确定和预测施工过程中出现的问题,具有一定的指导作用。     

黏性土抗滑桩桩间土拱分析及合理桩间距研究

针对桩间土拱效应,对黏性土抗滑桩合理桩间距的确定进行分析。以拱脚最不利位置土体莫尔库伦强度条件及桩土接触面任一点土体剪应力不大于桩体提供的最大抗滑力为控制条件,并以作用于桩体及桩间土体的滑坡推力不大于抗滑桩承担的绕流阻力为第三个控制条件推导出抗滑桩最大桩间距的计算公式。该公式具有力学性质明确,计算简便,并对一工程实例进行计算,该公式计算结果较为合理,具有工程参考价值。     

基于土拱效应的桩承式路堤承载变形计算研究

从桩土差异沉降、土拱效应、荷载分配三者的关系出发,提出桩体向上刺入路堤的体积等于土拱区体积的压缩量的假设,通过对桩承式路堤进行力学分析,并结合其变形协调特性,推导出用差异沉降表示的桩土应力比以及拱高的计算公式.采用模型试验和数值模拟结果对该方法进行了验证,并分析了桩土面积置换率、填土高度、填土内摩擦角对桩土应力比以及拱高的影响.结果表明了该方法所求得结果与实测值较为接近,验证了其合理性.     

边坡加固工程中抗滑桩间距的确定

考虑抗滑桩桩间土拱效应,以桩侧与边坡土体间的摩阻力及黏着力承担滑坡推力的静力平衡条件和土拱跨中与拱脚处截面的强度条件共同控制,建立了抗滑桩间距的计算公式.该公式适当考虑了滑坡推力分布的影响.工程实例表明,该抗滑桩间距计算公式的计算结果较为合理,具有一定的工程应用价值.     

桩-土作用下桩间距及桩位对抗滑桩及土体力学特性的影响

为探究桩间距及桩位对桩-土作用下抗滑桩及土体力学特性的影响,以某边坡治理工程为例,采用ABAQUS对不同桩间距及桩位的桩-土有限元计算模型进行数值模拟,分析模型达到临界破坏时的抗滑桩桩身内力及土体力学特性的分布规律.结果表明,抗滑桩的弯矩、剪力与桩间距呈正相关,与桩位距坡脚水平距离呈负相关.其中,弯矩随深度的变化曲线呈"凸"形,剪力呈"S"形;两桩中轴线上土体的x、y方向应力分量的幅值变化随桩间距的增大而减小,间接反映出土拱效应强度不断被削弱;土体x方向的应力峰值受桩位的影响较小,其峰值出现在桩后约1m的位置;土体x方向的应力峰值出现的位置随桩间距的增大逐渐远离抗滑桩.