抗滑桩加固边坡中桩要素设计的三维有限元分析

抗滑桩加固边坡是工程中常用的方法,其中桩位、桩间距、桩径、桩长等桩要素是抗滑桩设计的重要问题,它直接关系到边坡工程的造价与安全．通过典型的边坡实例,利用考虑桩一土相互作用的有限元折减程序,探讨计算模型尺寸、桩要素对边坡安全系数的影响．分析可知,计算模型尺寸对边坡安全系数影响很小,模型尺寸为O．5s时计算效率最高;边坡安全系数随桩位近似呈二次抛物线分布,抗滑桩布置于边坡中部既能获得最大的安全系数又能充分发挥材料的抗滑作用,为最佳桩位布置点．边坡的安全系数随桩间距的增大而减小,随桩径、桩长增大近似呈线性增加,桩间距增大桩间土拱作用逐渐减弱,最后趋近于无桩状态．桩长设计中,桩的锚固深度宜为桩长的1／3—1,2．     

大坪滑坡抗滑桩加固效果监测与分析

对于大截面钢筋混凝土抗滑桩,视为埋置于坚硬地层中的弹性地基梁。通过对重庆市奉溪高速公路孙家崖隧道滑坡治理实际工程的抗滑桩加固监测成果进行分析,通过在桩身上方距顶端2 m处设置Ф110 mm的钻孔测斜管,监测抗滑桩在施工过程中所造成滑坡的水平位移,根据孔深与水平位移确定的曲线图判断滑动面所在的位置;同时,通过在桩身护壁中埋置的混凝土应力计、钢筋应力计和桩后土体中埋置的土压力盒,监测桩身在开挖过程中护壁所受的混凝土应力、钢筋轴力和土压力,从而通过各自的变化曲线为抗滑桩施工提供安全保障。     

抗滑桩加固边坡稳定性分析

以大型通用有限元分析软件PLAXIS作为平台,通过改变抗滑桩支护参数桩长和桩位来研究抗滑桩加固边坡的效果.研究结果表明:当抗滑桩桩长较小时,桩位设置在边坡的中下部对边坡稳定性更有利,当抗滑桩桩长较长时,桩位设置在边坡的中部对边坡稳定性更有利;抗滑桩桩长对边坡加固后的稳定性影响程度与桩位的设置有关系,抗滑桩位于坡顶、坡脚时,桩长对边坡的稳定性影响不明显,抗滑桩位于边坡中部时,桩长对边坡的稳定性影响较明显;抗滑桩位于边坡中部时,随着桩长的增大,最初边坡安全系数不断增大,当桩长达到一定长度时,安全系数不再变化.     

抗滑桩加固边坡的稳定性分析及最优桩位的确定

为合理分析抗滑桩加固后的边坡稳定性及确定最危险滑动面和最优桩位、桩长,基于有限元极限分析软件OptumG2建立抗滑桩加固前后的边坡数值模型,通过与已有研究中的边坡算例进行对比,验证了本文数值分析方法的合理性;然后,基于算例验证的对比结果,讨论了OptumG2的2种分析类型(重力乘数与强度折减)的区别并认为基于强度折减极限分析得出的安全系数偏于安全;最后,探讨了边坡坡度及抗剪强度(内摩擦角与粘聚力)对安全系数、最优桩位及桩长的影响,分析了抗滑桩加固后的最危险滑动面变化规律,根据参数分析结果拟合出安全系数公式,得出一些规律性的结论并总结了4种常见的滑动面形式及其形成条件,可为后续边坡稳定性分析理论研究提供参考,具有一定的理论及工程应用价值.     

有限元法分析抗滑桩-土坡相互作用系统的稳定性

采用有限元法分析了抗滑桩加固后土坡的稳定性.土体被认为是理想弹塑性模型,服从Mohr-Coulomb屈服准则,加固土坡的排桩被简化成等效的板桩,当其达到极限容许弯矩时即认为达到弯断破坏,土坡安全系数的计算采用强度折减法.文中还讨论了抗滑桩类型、抗弯刚度、极限弯矩及排桩设置位置对加固土坡整体稳定性的影响.     

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。     

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.     

抗滑桩加固边坡三维稳定因素的敏感性分析

为了给多级抗滑桩加固边坡的抗震设计提供参考,文章针对地震条件下桩加固边坡的安全系数及影响因素的敏感性开展研究;基于极限分析上限定理,结合强度折减法和拟静力法,计算地震条件下桩加固边坡的安全系数;通过正交分析法,求得边坡安全系数影响因素的敏感性顺序。结果表明：土体黏聚力、内摩擦角,边坡倾角,水平地震力系数,桩的位置、桩的结构参数,边坡宽高比、平台宽度的敏感性依次降低;在不考虑土体抗剪强度参数时,边坡倾角、地震作用、抗滑桩对边坡安全系数有较大影响,而边坡宽高比、平台宽度的影响相对较小。在实际施工时应主要考虑边坡倾角、地震作用、抗滑桩的影响,而边坡宽高比、平台宽度应根据实际情况合理选择。     

饱和开挖土坡稳定性状的流固耦合有限元分析

以Biot固结理论为基础对饱和开挖土坡的稳定性进行非线性有限元数值分析，通过有限元分析可以较准确地求解土坡内部的有效应力场、位移场和孔隙水压力场；可以确定土坡的安全系数及相应的临界滑动面随时高的变化；能够对开挖土坡变形和稳定性的长期性状进行预测。     

边坡稳定分析及抗滑桩加固效果的数值模拟

随着我国基础建设项目大量的开展,边坡稳定性分析一直是岩土工程中重要研究内容.本文简单介绍了边坡稳定分析常用方法,并采用强度折减法,借助有限元软件ABAQUS分析抗滑桩边坡加固的效果,讨论了设桩位置以及设桩间距的变化对边坡安全系数的影响.同时,以特征点水平位移的拐点为边坡达到临界破坏的评价标准,给出了边坡的相应潜在滑动面和安全系数.分析结果表明,当桩位于坡中位置时,边坡安全系数最大且随桩间距的增加而减小,其结果可以为工程中抗滑桩设计提供参考.     

考虑各向异性效应的阻滑桩加固土坡稳定性分析

基于极限分析上限定理与土的抗剪强度折减系数概念,建立了考虑各向异性效应的c-型土坡稳定极限平衡状态方程.由此确定土坡的稳定安全系数及其相应的潜在破坏模式.进而对在给定荷载条件下不能满足抗滑稳定性要求的土坡,采用阻滑桩加固方式,根据桩侧有效土压力的合理分布模式确定桩体与滑动面相交的截面上等效抗滑力和抗滑力矩;利用极限分析上限定理建立阻滑桩加固各向异性土坡的极限平衡状态方程,将桩侧土压力作为目标函数,运用数学规划方法确定极限平衡状态时的临界桩侧有效土压力,以此进行阻滑桩的结构设计.数值计算给出了阻滑桩的最优加固位置.     

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.     

抗滑桩加固含软弱夹层边坡的静动力极限分析

边坡破裂面的确定和稳定性分析一直是岩土工程稳定分析的热点问题,其中,对数螺旋线旋转破坏机制是公认的均质边坡最不利滑裂面。工程实践中常见含有软弱夹层的边坡,此类坡体很容易发生失稳滑塌进而造成重大危害。目前,对于该类型破坏的稳定性及破坏机制尚缺乏深入研究。文中基于极限分析上限法采用平动破坏机制,对静、动力荷载作用下含软弱层的边坡进行稳定性分析,比较了不同桩体位置、不同桩间距时抗滑桩加固边坡的效果。结果表明,对于静力作用下边坡,文中所采用的破坏机制得到的结果与前人吻合较好,地震荷载作用下边坡,坡顶破裂面向坡外延伸。抗滑桩能显著提高边坡的安全系数,桩体设置在边坡坡体中间偏上时,对安全系数的提高最为有效。随着地震加速度和桩间距的增加边坡安全系数逐渐减小,破裂面沿软弱层延展。     

基于EAS单元的薄壁筒桩与土相互作用的有限元分析方法

用三维等参EAS单元描述混凝土薄壁筒桩的受力变形特性,用薄层接触面单元模拟桩与土体之间的相互作用,建立了由接触面约束内力和桩上作用荷载求解桩体内力的静力平衡方程,提出了考虑桩土相互作用的桩体有限元内力分析方法.对某工程薄壁筒桩在水平荷载作用下的桩体变形和内力进行了分析,并将分析结果与现场试验结果进行比较,验证了本文分析方法的正确性.     

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。     

梯形抗滑桩截面侧角对土拱效应的影响

为研究梯形抗滑桩截面侧角对土拱效应的影响,从材料力学与静力学知识入手,首先以拱轴线轴向受压模型推导了合理的桩截面侧角的计算方法,表明梯形截面抗滑桩较于矩形截面抗滑桩更易形成土拱效应;其次通过work-bench建立了土质边坡与梯形截面抗滑桩的三维模型并进行网格划分,运用FLAC~(3D)有限差模拟软件进行数值模拟,通过接触面语句,建立桩土接触面,对桩土接触面的位移变化进行捕捉,结合在特征水平截面z=23上的应力云图、位移云图以及桩间中轴线上位移监测点的位移变化,综合分析梯形截面抗滑桩的桩截面侧角θ的取值对于土拱效应的影响;最后对理论推导结果与数值模拟结果进行了拟合。结果表明:以拱轴线的轴向受压模型理论,突出轴向大主应力的影响,得出当梯形截面抗滑桩抗滑反力最大时,截面侧角反算办法取值为2θ+arctanη取■;得出了合理的桩截面侧角的取值范围,证明了梯形桩截面侧角在此范围下,能充分发挥桩正面与桩侧面两部分的受力性能,促使双拱协同传力机制的产生。     

堆填土固结对桩基础影响的三维模拟分析

基于比奥固结理论,结合已有地质资料建模,模拟了桩基础在不同堆填距离、时间下受堆填土荷载作用后的受力和位移。结果显示,随着堆填土离桩基础距离和固结时间的变化,桩顶沉降、水平位移、最大剪应力和横梁应力也发生相应的变化,随着堆填距离增加和固结时间的持续,桩顶沉降、水平位移、最大剪应力和横梁应力出现不同规律的增大。该结果表明桩基础附近长时间堆填土体,且堆填距离太小将造成桩基础的损坏,因此,堆填土对桩基础的影响是不容忽视的。     

竖向荷载作用下复合桩加固液化土沉降分析

为进一步研究复合桩加固液化土在地震荷载作用下桩体沉降变形,利用振动台对钢管—碎石桩加固的复合地基模型在不同荷载作用下进行对比试验。施加0 kg、0.5 kg、1.0 kg、1.5 kg、2.0 kg、2.5 kg六组竖向荷载下,对复合桩加固模型振动过程中不同埋深处超静孔隙水压力和地基沉降进行对比分析,揭示钢管—碎石桩复合加固模型超静孔隙水压力、沉降随荷载的变化规律。结果表明:同一竖向荷载下埋深越大孔隙水压力越大,孔隙水压力的峰值也越大;不同竖向荷载下,不仅随着荷载增大超静孔隙水压力峰值变大,而且超静孔隙水压力随荷载增大消散明显加快,说明竖向荷载作用加速了碎石桩排水功能;施加不同荷载,桩体沉降均随振动时间先缓慢增加又急速增大最后趋于平缓,竖向加荷1.0 kg成为突变点;随着碎石桩的排水,孔隙水压力逐渐消散,土体变密,超静孔隙水压力减小,液化土强度增强,桩周土体对桩约束力增强,桩体的沉降量减小。说明荷载作用下钢管—碎石桩加固复合地基对预防土体液化和提高地基承载力效果明显,并得出沉降量随时间变化的曲线方程,为今后复合桩加固液化土地基的应用提供一定参考。     

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.