双排板桩堤施工过程的数值模拟与设计优化

为研究施工过程中双排板桩堤在结构-土-水相互作用下的动态安全问题,采用ABAQUS软件,开展了桩间土分层填筑过程的有限元数值模拟,研究了板桩堤结构的内力发展过程,重点分析了桩间联系梁刚度对板桩堤结构应力变形的影响。计算结果表明:当桩顶变位相对自由时,板桩堤结构的弯矩发展规律是在桩间填土过程中逐渐向桩顶发展,最终形成填土侧主要受拉的弯矩分布特征;随着桩顶联系梁刚度增加,桩顶变位减小,板桩所承受的弯矩受拉侧从填土侧逐渐转变到外侧受拉,最大剪力位于填土前的泥面附近,且板桩最小变形工况对应的板桩内力最小。该成果对双排板桩堤的优化设计具有一定的指导意义。     

砂土地区深基坑稳定性评价及力学效应分析

结合某地铁车站基坑开挖工程,基于基坑支护结构的现场实测数据,对排桩内支撑基坑支护体系桩顶水平位移,桩体侧向位移及基坑周边土体沉降量进行分析,得出基坑围护结构各项位移和周边土体沉降随时间及开挖深度的变化规律.建立研究区二维有限元模型,并将实测数据与模拟值进行对比,研究支护结构内力变化及桩后土体应力状态.研究结果表明:基坑长边桩顶水平位移约为短边桩顶水平位移的3倍,桩体最大侧向变形量位于1/2H(H为基坑开挖深度)处;基坑开挖及降水引起地面沉降范围约3H,基坑周边各监测断面最大沉降量出现在距基坑边22m处(约0.82H~0.96H),内支撑架设有助于增大基坑整体稳定性.     

门架式双排桩支护结构连系梁作用机理研究

门架式双排桩通过连系梁连接成为空间超静定结构,整体刚度大,使双排桩水平位移明显减少．以某客运站深基坑工程为实例,采用abaqus软件建立平面非线性弹塑性有限元模型,从连系梁的截面尺寸,特别是厚度变化、材料性质两个方面对双排桩连系梁作用机理研究．结果表明：连系梁厚度是双排桩设计中的重要参数,其厚度越大,前后排桩的水平位移越小,但当厚度增大到一定值后,水平位移变化不明显,建议取值在0．5～1m;连系梁材料强度的增加,连梁的受力增大,桩体的内力向后排桩传递,前、后排桩的水平位移稍有减小,但变化不大．     

填方工程中双排桩的设计方案优化

传统的的双排桩应用于高度较大的填方工程时,前排桩与后排桩无法尽早组合形成整体,导致桩体在悬臂状态下进行一定高度的土方填筑,必然导致双排桩的受力特征与挖方工程存在较大差异。为了提高填方工程中双排桩的整体刚度,建议在双排桩腰部增设连系梁,并基于数值分析表明,双排桩腰部增设连系梁后,填方工程中填土与桩体的水平位移大大减小,降幅超过45%,且腰部连系梁以上的前排桩、后排桩、顶部连系梁的弯矩降幅超过75.0%。并进一步对填方工程双排桩的构型进行优化,使原地面以上前排桩的高度仅为后排桩高度的一半,在前排桩的冠梁与后排桩腰梁之间设置连系梁。分析表明,优化后双排桩方案的填土水平位移与桩体控制内力比传统双排桩方案的相应值更小,说明优化方案具有合理性与可行性,且具有侧移刚度大、造价低等的优点。     

碎石桩复合地基桩土应力比的时效分析

对碎石桩复合地基的时效特性进行研究,根据桩体及桩间土体应力随时间的变化规律,考虑碎石桩复合地基中土体径向、竖向双向排水固结的特点,基于线弹性状态下桩体及桩间土体的应力一应变关系,分别给出考虑时效的桩体与桩间土体竖向应力计算方法,进而建立桩土应力比时效计算的双曲线模型,得到考虑时效的桩土应力比计算方法.研究结果表明:碎石桩复合地基桩土应力比随时间呈双曲线变化,其值与不考虑时效时相比可增大1倍,时效非常明显,在具体计算时不容忽视;双曲线时效模型能够有效地模拟碎石桩复合地基桩土应力比的时效规律;利用桩土应力比时效模型对某工程实例进行计算、分析,理论桩土应力比随时间的变化曲线与实测曲线较吻合.     

再生混凝土骨料包裹桩复合地基承载特性及计算理论

为了研究再生混凝土骨料包裹桩复合地基的承载性能,开展了复合地基承载特性的模型试验.试验结果表明：再生混凝土骨料包裹桩复合地基能明显提高被加固土体的承载特性;在进行再生混凝土骨料包裹桩复合地基设计时单桩长径比宜为6~8,桩径宜为800~1200 mm,土工材料包裹长度宜为5~6倍桩径,包裹材料刚度宜为1000~4500 kN/m,在设计桩间距时,最优置换率宜选取在10%~20%之间;桩体底端与顶端应力之比随承压板顶面位移的增大逐渐稳定在15%~20%左右;再生混凝土骨料包裹桩侧土压力由桩顶向下呈先增大后减小的现象,最大应力出现在距桩顶约300 mm（3d）深度处;根据再生混凝土骨料包裹桩复合地基桩、土和土工包裹材料的变形协调原理,及桩体的鼓胀变形特性对再生混凝土骨料包裹桩复合地基承载力计算公式进行了推导,所得结论可为新型复合地基的设计提供依据。     

成层地基中考虑桩桩相互作用的 双排桩受力变形分析

基于成层地基中的双排桩支护结构的受力变形特点，将前、后排桩视为竖直插入成层地基中的弹性地基梁，以不同刚度的水平弹簧模拟前、后排桩与其间成层地基土体的相互作用. 以各个土层接触面为水平分界面，将前、后排桩支护结构分为若干单元段，以朗肯土压力理论计算作用于后排桩的主动土压力，以弹性抗力法计算作用于前排桩基坑底面以下的土体抗力，且考虑地基反力系数沿深度的线性变化. 基于Euler-Bernoulli双层地基梁理论，考虑桩桩及桩土相互作用得到成层地基中双排桩支护结构的挠曲微分方程，并采用幂级数法求解，然后根据界面处内力与位移的连续条件及桩顶、桩底的边界条件，得到任一深度桩身的水平位移、转角、剪力与弯矩计算式. 最后通过一工程实例分析，将本文方法计算结果与实例结果进行对比分析，验证了本文方法的正确性.     

抗滑桩锚固长度对均质边坡滑动面及抗滑能力影响研究

利用透明土技术开展不同锚固长度抗滑桩加固均质边坡可视化模型试验,并结合粒子图像测速技术(PIV),展现抗滑桩加固均质边坡内部位移场演化及其滑移破坏过程,以揭示锚固长度对均质边坡滑动面和抗滑能力的影响机理。研究结果表明:抗滑桩加固边坡的滑动面深度随抗滑桩锚固长度的增加而加深,同时抗滑能力得到提高,但当锚固长度超过其最优锚固长度后滑动面变浅,表现为越顶破坏,使得抗滑桩抗滑能力大幅降低;当抗滑桩锚固长度达到其最优锚固长度时,出现靠近桩底端位置和越顶的两个深浅不一的滑动面;随着锚固长度的增加,抗滑桩上部外侧受拉区减小,而下部内侧受拉区增大,最大弯矩位置均在距桩顶约0.4倍桩长处,而当锚固长度超过其最优锚固长度后,则出现下部外侧受拉而中上部内侧受拉,其最大弯矩位置在距桩顶约0.35倍桩长处;抗滑桩最优锚固长度与岩性、桩间距、桩体刚度等因素相关,在实际工程设计中应考虑这些因素以确定优化的锚固长度。     

路堤荷载下刚柔长短组合桩网复合地基现场试验研究

文章依托哈大高速铁路新营口车站路基处理工程,开展了刚柔长短组合桩网复合地基现场试验研究,研究结果表明:路堤填土中"土拱效应"的强弱取决于桩体与桩间土体两者差异刚度的大小;褥垫层基础的刚度是桩体与土体差异沉降大小的主要影响因素;该类复合地基中CFG桩桩顶压力平均值是桩间土压力平均值的196倍,且MIP桩有效提高了浅层土体的地基承载力;采取"刚柔长短组合桩网复合地基"联合堆载预压法加固深厚软土路基能满足高速铁路运营期间的稳定性要求。     

Pasternak地基中H(t)-V受荷桩水平响应有限杆单元法分析

为探讨桩顶水平动荷载H（t）与竖向荷载V联合作用下桩基的水平响应,基于 Pasternak地基和Euler梁理论,建立了桩-土相互作用水平振动分析模型,采用改进的有限杆单元方法求解考虑P-Δ效应、土体剪切效应影响的综合刚度矩阵方程,结合桩土连续边界条件得到桩身内力与位移解答.通过与已有解析解、有限元解和模型试验的结果比较,验证了计算方法的合理性.最后,对影响桩身内力与位移的主要因素进行分析.结果表明：1）传统Winkler地基相较于Pasternak地基模型,忽略了地基土体的剪切效应,将夸大桩体结构的实际受力,使得计算得到的桩身水平位移和弯矩均大于Pasternak地基所得结果,且随着桩土弹模比Ep/Es的降低,两种地基模型计算的桩身最大水平位移和弯矩的差异性呈现出增强趋势;2） 随着桩顶竖向荷载的增加,桩身水平位移和弯矩受P-Δ效应的影响显著.当桩顶竖向荷载特征参数λ由0增至2时,桩身最大水平位移和弯矩分别提高40.85%和78.57%;3） 相较无限长桩（L>20dp）,有限长桩的水平位移和弯矩的动力响应受桩身长径比L/dp影响更大;桩身最大水平位移和弯矩随着水平简谐荷载幅值H0的增加而增大,随着无量纲频率a0的增大而减小.     

单、双排抗滑桩在滑坡治理中的对比分析

双排抗滑桩在边坡加固工程中已有应用,与单排抗滑桩相比,双排抗滑桩的作用机理更为复杂.以滑坡推力较大的红石包滑坡为例,从桩土作用计算模型、抗滑桩设计及工程材料用量方面对单、双排桩进行了对比分析.结果表明,当滑坡推力较大时,采用双排桩治理滑坡较单排桩更为经济合理.     

双排抗滑桩与门架抗滑桩的有限元分析对比

对于滑坡推力很大的大型滑坡,常可能需要采用两排或两排以上抗滑桩进行治理。为合理确定滑坡推力在各排桩上的分布形式或大小,计算各排桩的实际受力和变形,采用ABAQUS有限元软件,建立了双排抗滑桩和门架抗滑桩治理顺层滑坡的三维数值分析模型。通过在桩—土间设置库仑摩擦接触面模拟桩—土相互作用,用滑带岩土体强度折减方法来施加滑坡推力,探讨双排抗滑桩和门架抗滑桩的受力情况,对二者的位移、内力、桩身土压力分布进行了对比分析,研究结果表明,后者的位移、内力明显小于前者,说明门架抗滑桩受力更为合理,是更值得推广的抗滑支挡结构形式。     

基于多源数据分析的三峡库区抗滑工程优化与比选

抗滑工程优化与比选主要是工程应用的研究。针对三峡库区抗滑工程选型、多排抗滑桩位置选取与抗滑工程参数设计问题,通过分析整理三峡库区已成功治理257组地质灾害数据,运用分类统计参数方法,分析最优支护结构形式,基于FLAC3D软件,建立力学分析数值模型,选取多排抗滑桩合理位置,将理正软件设计参数与收集资料进行对比,确定最优桩间距与锚固深度取值,并应用于工程实例验证,研究表明：（1）当滑坡剩余推力小于100kN/m且工程设置位置处滑体厚度小于5m时,宜采用重力式挡墙;大于100kN/m或滑体厚度较大时建议采取抗滑桩。（2）当两级设置抗滑桩支护滑坡时,前排桩位于反翘端点,排距占反翘端点与滑坡后缘距离为20%时,滑坡的总推力最小,为最优方案。（3）三峡库区重庆段滑坡抗滑桩锚固深度与桩长比值推荐值为0.45,桩间距推荐值5.5m或6.0m。（4）应用于三峡库区滑坡工程实例,对比分析得出此优化设计方法具有可行性和实用性,为后续滑坡治理提供有效指导。     

库水作用下含挡墙滑坡的抗滑桩加固空间位置优化研究

库水变动条件下,以滑坡体、挡墙和抗滑桩为优化系统,利用有限差分法对抗滑桩的空间位置进行优化。通过数值模拟计算滑体和支护结构不同点的位移,根据位移曲线将其划分为三个阶段,即稳定阶段、加速变形阶段和破坏阶段。稳定阶段表明了抗滑桩支护作用的有效性,加速变形阶段和破坏阶段表明了抗滑桩防治效果逐渐失去有效性,因此需要将抗滑桩布置在滑体的前部。除了发挥抗滑桩的抗滑作用还能够使挡墙起到一定的支护作用,保证了滑体的稳定性。基于此,利用强度折减法求取不同桩墙间距下的含挡墙和抗滑桩结构的滑坡安全系数,研究发现在间距较小时滑坡安全系数较大,间距较大时安全系数减小且保持在一定的范围内;这既表明了抗滑桩布置在滑体前部的合理性,又保证桩墙间距为20 m时滑体稳定性最高。因此,将抗滑桩布置在桩墙间距20 m附近是最优的,这也适用于孕育期剧动牵引式人工水库泄水渗透压力型滑坡,为该类滑坡的防治提供理论依据。     

联合h型桩在滑坡体阻滑中应用数值模拟研究

抗滑桩在边坡加固工程中应用广泛且效果显著,但在大型滑坡体治理时,往往需要多桩联合作用来加强阻滑效果,此时抗滑作用如何分析缺少理论依据。利用结构单元建立了节点耦合的h型桩与桩间横梁、桩后锚索共同作用模型,并自开发程序识别潜在滑动面形成了基于数值模型的h型桩自动施加方法,并可自动计算桩截面参数,然后利用有限差分法进行变形稳定分析。在此基础上对比分析了降雨工况下h型抗滑桩联合支护与单桩支护对边坡稳定性的影响。研究结果表明:h型抗滑桩联合支护在大型滑坡支护工程中效果明显,桩体能够承受更大抗滑阻力及变形;支护效果受桩体支护高程影响,抗滑桩主体布置在边坡中部时效果最佳,支护位置随着坡底到坡顶,强度折减得到的安全系数呈现先增大后减小的趋势;研究成果可为滑坡体支护工程的实际应用提供参考。     

双排桩支护结构中圈梁空间效应的数值模拟分析

针对深基坑双排桩支护结构中圈梁的空间效应问题,利用FLAC3D模拟计算一深基坑双排桩支护工程在设置圈梁的情况下,其不同位置处桩顶位移与弯矩变化.结果发现:基坑坑角的桩顶位移明显小于中部桩顶位移,越到中部桩顶位移越大;将计算结果与现场实测资料对比表明,两者变化规律具有较好的一致性.研究表明,支护排桩与圈梁之间有较好的协同作用,圈梁对支护桩的变形和内力均有一定的影响,限制了排桩的位移和弯矩,越靠近基坑坑角其空间效应越明显.在双排桩支护结构体系设计中应考虑圈梁的空间效应,为优化设计提出建议.     

不同截面型式抗滑桩加固边坡数值分析

当前国内外抗滑桩主要采用圆形和矩形两种截面型式,而不同型式抗滑桩加固边坡的效果不同,施工方法和工程造价亦不同.为此,针对T形、正方形、矩形、正五边形、正六边形、圆形等6种不同截面型式的抗滑桩,采用弹塑性有限元强度折减法,计算了边坡岩土体在强度折减系数分别为1.35和1.50时6种桩型抗滑桩的桩身内力反应,并进行了加固效果的对比分析;在此基础上,深入研究了抗滑桩-边坡体系的整体稳定性及桩间的土拱效应.结果表明,抗滑桩加固潜在滑移坡体时,在特定桩间距范围内会产生土拱;不同截面型式抗滑桩引起的土拱形状不同,桩间的土拱现象在一定程度上能够反映不同桩型抗滑桩的作用机制和加固效果.     

抗滑桩加固土坡效果及合理桩位的三维有限元分析

基于ABAQUS有限元软件,采用弹塑性有限元强度折减法对抗滑桩加固的土坡进行三维数值分析.考虑桩-土相互作用,探讨强度折减法中以迭代不收敛和特征点位移拐点作为边坡失稳判据的局限性.对于抗滑桩加固的边坡,提出采用特征点位移拐点并结合水平位移限值作为边坡临界破坏的评价标准,分析边坡潜在最危险滑动面和安全系数随抗滑桩桩位变化的规律,从数值模拟角度探讨边坡加固中桩位的合理设置位置.     

基于加固边坡的可靠性分析设计抗滑桩锚固深度

为了对抗滑桩锚固深度进行合理的设计,建立位移迭代有限元模型模拟桩-土间的相互作用,基于强度折减的位移迭代有限元法对边坡抗滑桩加固工程进行可靠性分析,把计算参数视为随机变量考虑参数变异性对抗滑桩锚固深度及边坡加固工程可靠性的影响。可靠指标的选取应考虑边坡工程等级,以目标可靠度为控制指标去指导抗滑桩锚固深度的设计。工程算例表明采用可靠性方法设计抗滑桩锚固深度是合理的,具有一定的工程应用价值。     

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。