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.     

刚/柔性组合墙面加筋土挡墙离心模型试验

进行了相同软土地基条件下刚/柔性组合墙面和单一柔性墙面加筋土挡墙的离心模型试验,比较分析了挡墙在墙顶均布荷载作用下的工作性状.试验结果表明,在自重及上覆荷载作用下,刚/柔性组合墙面挡墙其刚性墙面仍基本保持垂直,地基最大沉降发生在连接件锚固端位置;而单一柔性墙面挡墙墙面外倾明显,其地基最大沉降位于墙趾位置;刚/柔性组合墙面加筋土挡墙在工作阶段其墙顶沉降和墙面位移仅为单一柔性墙面挡墙的50%,且前者墙顶不均匀沉降量明显小于后者;刚/柔性组合墙面加筋土挡墙由于预埋件承担了刚性墙面墙背水平土压力,使得筋材拉力及相应的应变减小;刚/柔性组合墙面加筋土挡墙的刚性墙面在墙体中部弯矩最大,为外侧受拉;而墙顶和墙底附近的弯矩较小,为内侧受拉;刚/柔性组合墙面加筋土挡墙能适应软土地基的大变形,并能更好地承担上覆工作荷载.     

刚柔复合抗滑桩受力与变形特性数值模拟分析

基于某高速公路路堤边坡支挡工程,采用有限差分软件FLAC3D分别建立普通刚性抗滑桩和刚柔复合抗滑桩加固边坡的三维数值模型,对比分析两种抗滑桩结构的受力与变形特性,进而探讨柔性材料厚度、柔性材料弹性模量及抗滑桩弹性模量等关键设计参数对刚柔复合抗滑桩受力与变形特性的影响.研究结果表明:与普通刚性抗滑桩相比,刚柔复合抗滑桩可以明显减小桩身弯矩、剪力及桩侧土压力,但会在一定程度上增大桩身自由段和填土的水平位移;增大柔性材料厚度可在一定范围内减小抗滑桩内力和桩侧土压力,但减小程度有限,柔性材料弹性模量对抗滑桩受力特性影响较小;适当减小抗滑桩的弹性模量可以明显降低抗滑桩内力.     

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。     

桩基挡墙支挡结构极限状态及稳定性分析

以某高速公路高填方路堤中桩基挡墙支挡结构为对象,研究其极限状态及稳定性.基于现场试验监测结果,建立了三维有限差分数值模型.通过对比抗滑桩极限承载力、挡土墙极限位移和基座混凝土极限压应力所对应的路面荷载,提出了桩基挡墙极限状态的确定方法.分析了设计行车荷载下桩基挡墙的稳定性,探讨了填土重度、填土内摩擦角和抗滑桩桩间距等参数对桩基挡墙结构稳定性的影响.研究结果表明:随路面荷载不断增大,桩基挡墙结构首先出现抗滑桩剪切破坏,结构承载力极限状态由抗滑桩抗剪承载力确定;填土重度和内摩擦角对桩基挡墙结构稳定性影响较大,减小桩间距能一定程度上提高支挡结构稳定性.     

膨胀土高边坡多级组合式支挡结构力学特性现场试验研究

为分析大气环境下膨胀土高边坡组合式支挡结构的支护响应,对南昆铁路1个膨胀土高边坡多级组合式支挡结构(框架梁锚杆(锚索)+抗滑桩组合式支挡结构)中的土体湿度、土压力、桩身弯矩、坡面位移进行现场监测,分析大气环境下支挡结构的力学演变特征.研究结果表明:监测期间,土体经历了干湿循环作用,引起土体胀缩变形;抗滑桩后土压力走势与...     

微型桩-加筋土挡墙路基结构的模型试验研究

提出了一个适用于陡坡路基的微型桩-加筋土挡墙结构,为了初步检验该新型结构的有效性,通过几何相似比为10∶1的缩尺模型试验,选取合适的相似材料,对三种不同加固工况的加筋土挡墙进行了对比研究.结果表明:在2~10 kPa附加荷载下,较之未加固和单根竖直桩加固的挡土墙,附加荷载引起的微型桩-加筋土挡墙沉降分别减小了10.6%~40.2%和9.7%~26.4%,且附加荷载越大,减小的比例越大,而其竖直桩身弯矩则比单根竖直桩的工况减小了55.2%~77.8%;同时,倾斜桩身弯矩增量比竖直桩高出25.9%~40.3%,因而倾斜桩对挡土墙变形的控制发挥着更为重要的作用,有必要加强倾斜桩的配筋.因此,微型桩-加筋土挡墙的优越性得到了初步验证,可为其在公路建设中的应用提供参考.     

水平受荷倾斜群桩模型试验及受力机理研究

长期受水平荷载的工程涉及到倾斜桩的应用，其水平承载能力和桩周土体行为受到关注．设计了4组不同布桩方式的室内倾斜群桩水平加荷模型试验，针对6桩承台，对比分析了倾斜群桩的桩身位移、桩身内力及桩周土体变形，相较于群直桩，同向10°、对称10°和对称20°的倾斜群桩水平承载力分别提高了13.3%、28.3%和75.0%，桩顶最大水平位移依次减小了21.3%、35.6%和53.9%，倾斜群桩的桩身内力较小，侧摩阻力较大，桩顶土体水平位移最多减少了48.9%，桩底土体竖向位移最多减小了56.4%．建立了承台-倾斜群桩-土体在水平荷载作用下的精细化有限元模型，进一步分析了足尺条件下不同布桩方式倾斜群桩与土体的相互作用．直桩抵抗水平荷载的作用主要由土体沿桩身法向抗力提供，而倾斜群桩在水平荷载下产生较大的侧摩阻力，且斜桩侧摩阻力水平分量在抵抗水平荷载中发挥重要作用，对称20°倾斜群桩中侧摩阻力水平分量占比高达35%，所以其水平荷载能力更强，显著提高结构的抗侧刚度．承台与桩连接方式的改变没有影响其受力模式，刚接时桩顶存在负弯矩，更有利于减小桩身弯矩和桩顶位移．合理布置的倾斜群桩可以在水平荷载下发挥显著作用...     

软土地基刚/柔性组合墙面加筋土挡墙

基于软土地基直立刚/柔性组合墙面加筋土挡墙离心模型试验,建立离散连续耦合数值模型,采用离散单元颗粒流程序PFC和有限差分程序FLAC分别模拟加筋土挡墙和软土地基,研究软土地基上刚/柔性组合墙面加筋土挡墙的性状及内、外部稳定性.研究结果表明,数值模拟的挡墙沉降、墙面水平位移、墙底竖向土压力及墙面弯矩与离心模型试验结果吻合较好;挡墙在自重及上覆荷载作用下产生显著的沉降和不均匀沉降,但挡墙整体仍保持稳定,显示该型挡墙具有很好的适应软土地基大变形的能力;自重及上覆荷载作用使得连接件末端位置产生应力集中,导致此处的地基表面沉降最大;上覆荷载作用下,刚性墙面弯矩在墙中处最大,为外侧受拉,而在靠近墙底和墙顶处较小,为内侧受拉;软土地基上该型挡墙稳定性一般为深层滑移外部稳定性,其破坏面由过挡墙底层筋材后缘填土中的朗肯破坏面和地基中的圆弧滑移面组成;该型挡墙内部稳定性表现为随软土地基滑移破坏,挡墙内筋材由下至上依次断裂,形成过底层连接件后缘的朗肯破坏面.     

软土地基刚/柔性组合墙面加筋土挡墙离散连续耦合数值模拟

基于软土地基直立刚/柔性组合墙面加筋土挡墙离心模型试验,建立离散-连续耦合数值模型,采用离散单元颗粒流程序PFC和有限差分程序FLAC分别模拟加筋土挡墙和软土地基,研究软土地基上刚/柔性组合墙面加筋土挡墙的性状及内、外部稳定性.研究结果表明,数值模拟的挡墙沉降、墙面水平位移、墙底竖向土压力及墙面弯矩与离心模型试验结果吻合较好;挡墙在自重及上覆荷载作用下产生显著的沉降和不均匀沉降,但挡墙整体仍保持稳定,显示该型挡墙具有很好的适应软土地基大变形的能力;自重及上覆荷载作用使得连接件末端位置产生应力集中,导致此处的地基表面沉降最大;上覆荷载作用下,刚性墙面弯矩在墙中处最大,为外侧受拉,而在靠近墙底和墙顶处较小,为内侧受拉;软土地基上该型挡墙稳定性一般为深层滑移外部稳定性,其破坏面由过挡墙底层筋材后缘填土中的朗肯破坏面和地基中的圆弧滑移面组成;该型挡墙内部稳定性表现为随软土地基滑移破坏,挡墙内筋材由下至上依次断裂,形成过底层连接件后缘的朗肯破坏面.     

桩嵌入承台深度对桩水平承载力影响的室内模型试验

水平荷载作用下,桩与承台节点处往往承担较大的弯矩作用。本文基于室内带承台单桩模型试验,对桩顶嵌入承台不同深度的单桩-承台体系进行水平拟静力研究,并考虑了桩周土对桩体的约束作用。通过测试不同嵌固深度条件下桩身弯矩、桩顶位移随加载位移的变化,得出桩顶嵌入承台的深度对单桩-承台体系的水平受力性能具有明显的影响,嵌入深度大,有利于单桩水平承载力的提高。     

采动影响区桩身-承台协同作用数值模拟研究

为探究桩基在煤矿采动影响下的水平响应,建立了模拟计算下部开采影响上部桩基-承台的整体模型。采用该模型计算了工作面推进距离不同的3种工况,分析了桩顶-承台连接状态、承台形式对桩身水平位移及弯矩的影响。研究表明：桩基与工作面距离越近,桩身位移越大,桩身弯矩也越大;增大承台尺寸可有效降低桩顶位移;桩顶-承台分别固接和铰接对桩顶位移影响较小,主要区别在于固接桩顶产生较大抵抗弯矩,同时桩身最大正弯矩发生深度相比桩顶铰接时有所下移。     

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.     

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。     

水平荷载作用下管桩受力性状的三维有限元分析

为了解预应力混凝土管桩在水平力作用下的受力性状,文章采用大型有限元分析软件Ansys,建立了桩基-土体相互作用的模型,进行了不同受力状态下的模型方案计算,对水平荷载作用下预应力混凝土管桩单桩受力性状及其影响因素进行了深入的探讨。研究了桩身弹性模量、桩顶约束条件、竖向荷载、弯矩荷载以及桩长对管桩桩顶位移和桩身弯矩影响。     

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.     

倾斜抗滑桩护坡承载特性试验研究

为充分探究倾斜抗滑桩护坡承载特性，弥补倾斜抗滑桩在相应试验研究方面的不足，采用模型试验方法，对倾斜与竖直抗滑桩支护结构的受力状态、坡顶沉降位移、桩身内力变化规律和桩后土压力进行测量对比分析。试验结果表明倾斜桩体桩后土压力随着桩体埋深的增加先增大后减小，其形态类似于抛物线型分布；桩体在同一位置不同加载荷载下，土压力值随着荷载的增大而增大，与竖直桩体相比其受力更加合理，更能充分发挥抗滑桩护坡作用。桩身弯矩形态近似呈“S“形分布，桩身弯矩随着桩体埋深的增加先增大，后出现弯矩重分布现象反向增大最后减小，在桩体埋深为35cm处，弯矩值出现重分布现象；桩体在同一位置不同加载荷载下，弯矩值随着荷载的增大而增大且桩顶处弯矩值大于桩底弯矩。倾斜比竖直桩体在相同状况下所受弯矩值明显小很多，即能承受更大的土体作用而不发生破环，从而使护坡效果明显增强，为在实际工程中采用与坡面大致垂直的抗滑桩比竖直抗滑桩能达到更好的护坡效果提供了理论指导。     

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。     

低承台桥台桩基侧向受力性状试验与数值分析

基于现场测试结果,采用三维有限元技术分析低承台桥台桩基在台后路基填土过程中桩基沉降、桩身弯矩、桩顶水平变形、桩身剪力和桩侧附加水平挤压力随台后填土荷载增加的变化规律.研究结果表明:计算结果与实测结果吻合较好:桩顶水平变形和桩身最大弯矩随填土荷载的增加近似呈线性增加:深度方向20m范围内,桩身剪力图呈“S”型,桩侧附加水平挤压力图呈抛物线型.低承台桥台桩基力学模型等同于桩项和桩端嵌入一定深度、具有一定变位的超静定梁结构.本文所得结论可以为桥台桩基的设计和施工提供参考.     

支盘群桩在复合荷载作用下的承载特性研究

针对输电线路铁塔基础同时承受竖向、水平荷载的特点,依托实际工程开展了1 000kV特高压铁塔2×2挤扩支盘群桩真型试验,得到其在下压-水平荷载工况下的荷载-位移关系、桩端及承台土压力变化规律;并通过ABAQUS有限元软件,分析了不同桩间距、水平与下压荷载的比值对支盘群桩承载性能的影响.结果表明:在达极限承载状态时,支盘端阻力与桩侧摩阻力共占极限承载力的79.86%,承台占19.6%,桩端阻力占0.84%.因水平荷载对群桩的二阶弯矩效应,使得前排基桩的桩端阻力、桩身轴力均大于后排桩;但对于等径群桩,这种现象并不明显,所以基于前排桩在承受单向下压荷载与复合荷载时的桩身轴力,提出考虑水平荷载作用下的抗压承载力调整系数计算公式.