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.     

地震荷载下边坡抗滑桩有效加固区与最优加固位置理论

假设边坡滑裂面为对数螺旋曲线,应用极限分析上限定理,根据典型均质边坡的局部失稳模式,分别计算桩前和桩后坡体的局部稳定性,提出抗滑桩有效加固区理论.采用Ito理论考虑桩-土相互作用,分别计算抗滑桩加固边坡的地震安全系数、已知设计安全系数所需的最小桩径或桩间净距及其对应的所需抗力、抗力合力作用点位置和滑面以上桩长.根据计算结果结合工程的安全性、经济性和施工难度可确定合理的设计桩位,通过算例分析地震荷载和岩土物理力学参数对抗滑桩加固边坡的有效加固区的影响.     

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。     

单排微型桩的稳定性计算与受力性能数值模拟

为研究微型桩加固边坡的效果与加固后边坡的受力机制,基于强度折减计算准侧与切向和法向耦合弹簧准则,建立了单排微型桩-边坡抗力分析有限元模型,分析单排微型桩桩位对边坡安全系数与桩身受力性能的影响,确定单排微型桩加固边坡的最佳位置。结果表明:随着单排微型桩体离坡脚距离的增加,微型桩加固的边坡安全系数先增大后减小,lx/l为0.6时为最优加固位置。当边坡内无微型桩或微型桩布置在边坡顶部与坡脚时,坡体内部产生了整体向下滑移的塑形剪切带,边坡发生了整体滑移;当微型桩布置在边坡上时,边坡滑动破裂面被切断,坡体由原来的整体滑移转变为了局部滑移变形。模拟结果可以为类似微型桩加固边坡工程稳定性计算提供参考,进而提高微型桩加固边坡的效果。     

群桩基础抗力系数和安全系数的可靠度设计

针对由于群桩效应和系统效应的存在,群桩基础的可靠性分析与设计较为复杂这一问题,基于单桩可靠度分析与设计原理,考虑群桩效应和系统效应的影响,对抗力系数和安全系数进行修正,并结合桩基设计方法进行分析.研究结果表明:桩基设计方法、群桩效应和系统效应对抗力系数和安全系数影响很大.在满足目标可靠度水平条件下,当群桩效应系数和系统效应系数大于1时,可以提高抗力系数设计值,降低设计安全系数.忽视群桩效应和系统效应往往会导致设计方案过于保守,造成较大的浪费.     

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.     

孔隙水压力作用下抗滑桩加固边坡的极限分析上限解

用对数螺旋线形的破坏机制和极限分析上限法,对抗滑桩加固边坡的稳定性进行了研究。基于构建的抗滑桩加固边坡的破坏机制,推导了抗滑桩加固边坡的内、外功率表达式。通过切线法将土体的非线性破坏准则引入到极限分析方法中,并结合强度折减法建立了抗滑桩加固边坡的安全系数隐式表达式。用最优化方法,计算得到了孔隙水压力作用下的边坡安全系数。在此基础上,分析了抗滑桩加固位置、孔隙水压力以及非线性抗剪强度等参数对抗滑桩加固边坡安全系数的影响。结果表明:土体抗剪强度对抗滑桩最佳布设位置的影响较小;非线性条件下,边坡安全系数随着初始黏聚力的增大而增大,随着抗拉强度和非线性系数的增大而减小。     

考虑容许沉降影响的群桩抗力系数和安全系数的可靠度设计

利用单桩可靠度设计方法,考虑群桩效应和系统效应的影响,提出基于沉降控制条件的群桩抗力系数和安全系数的可靠度设计方法。研究了土体性质、桩型、承台、系统效应和容许沉降等因素对群桩抗力系数和安全系数的影响。结果表明:群桩抗力系数随系统效应系数的增大而增大,系统效应越强,可采用较高的抗力系数进行群桩可靠度设计;群桩抗力系数随容许沉降的增加而增大,但增长幅度逐渐减小,随容许沉降条件的放宽,群桩抗力系数设计依赖于承载力因素而非沉降因素;无黏性土、低承台条件下群桩抗力系数设计值大于黏性土、高承台条件下群桩抗力系数设计值;安全系数随系统效应系数的增大而减小,随容许沉降条件的放宽而降低。     

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.     

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。     

抗滑桩抗滑阻力的优化计算方法

针对传统抗滑阻力计算方法中存在的缺陷,以不平衡推力传递系数法为基础,提出了一种简便有效的抗滑桩抗滑阻力优化计算方法,即矩阵数组法,该方法不仅可用于单排抗滑桩的设计计算,获得最小的抗滑阻力和最佳设桩位置,而且可用于多（双）排桩的优化设计计算。通过工程实例比对,分析结果显示,矩阵数组法比传统方法更科学。在应用抗滑桩治理滑坡工程设计计算中,将矩阵数组法与有限元法进行结合,则计算结果更可靠、更合理。     

预应力锚索抗滑桩抗震优化设计与试验研究

据汶川灾后调查发现,预应力锚索抗滑桩具有较好的抗震表现;但在地震的作用下,部分桩仍出现锚索锚头失效现象。为了解决锚头失效问题和提高锚索抗滑桩的抗震性能,结合中国抗震规范及结构抗震设计规范,对预应力锚索抗滑桩给予优化设计,并开展大型振动台试验进行试验验证。结果表明:(1)从震后桩头倾角来看,在锚索抗滑桩锚头与桩间设置消能弹簧可在一定程度上缓解锚头失效问题。(2)桩后设置EPS材料可以减小受力侧动土压力;且其缓冲消能效果跟输入的动峰值加速度相关,输入的动峰值加速度越大,缓冲消能效果减弱。(3)通过试验现象及实测结果分析可以得出,上述优化措施是行之有效的,可以为高烈度地震区锚索抗滑桩设计提供参考。     

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．     

边坡段水平受荷桩桩前土抗力折减效应的模型试验研究

为解决由于边坡存在造成的土抗力折减问题,开展了黏性土中平地及不同边坡条件下的基桩水平加载室内模型对比试验.试验结果表明,两种工况下水平受荷桩的荷载变形曲线及内力变化规律基本一致,但位于坡体上的基桩的承载能力明显折减,而该折减效应与边坡角度及桩位于边坡的位置紧密相关.进一步量化分析了土抗力折减效应的影响因素,提出了折减效应与桩位于边坡的位置和边坡角度的定量关系.在此基础上,通过对坡体上极限土抗力和初始刚度的合理修正,建立了可考虑边坡处土抗力折减效应的水平受荷桩的p-y曲线计算公式.理论计算值与已有的试验结果的对比表明两者吻合较好.     

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.     

苏通大桥主塔墩基础群桩效应研究

在苏通大桥主塔墩群桩基础与土体共同作用三维非线性有限元方法分析的基础上,研究了群桩效应对高桩承台底面受力与变形特性、基桩轴力分布、桩侧摩阻力、桩底土附加应力的影响以及桩数变化对群桩效率系数的影响,拟合得出了苏通大桥基桩轴力和群桩效率系数的计算方法.结果表明,在桩径和桩距一定的条件下,群桩效率系数的变化幅度随桩数的增加逐渐减小,并最终趋于定值.     

基于有限元极限分析的桩基础荷载下边坡稳定性

为探讨桩基础荷载作用下边坡稳定性变化的一般规律，提出相应的稳定性系数计算方法. 首先，概述有限元极限分析方法，并引入某陡坡段桩基础工程实例，验证了该数值分析方法的合理性；其次，通过对桩顶水平荷载、黏聚力、桩坡相对位置等因素进行归一化处理，给出了不同工况时桩基础荷载下边坡稳定性系数计算方法，并将其以表格形式表示；然后，在探究桩基础荷载下边坡破坏模式的同时，引入荷载影响因子表征桩顶水平荷载对边坡稳定性系数的影响，并提出了桩基础荷载下边坡稳定性系数半理论半经验方法；最后，探讨了桩顶水平荷载、边坡坡比、内摩擦角、黏聚力及桩坡相对位置对边坡稳定性系数的影响. 结果表明边坡稳定性系数与内摩擦角及黏聚力正相关，与桩顶水平荷载负相关.以上分析可为陡坡段桥梁工程设计提供参考，具有一定的理论及工程应用价值.     

斜坡段桥梁基桩受力与变形分析的传递矩阵法

根据斜坡段桥梁基桩的水平承载特性,建立了考虑斜坡效应的桩-土相互作用模型及挠曲微分方程;基于m法和传递矩阵法,推导了桩身内力与位移分析的传递矩阵解答;通过模型试验,测得了黏土和砂土斜坡地基比例系数,拟合得到了斜坡地基比例系数与坡度间的关系式,验证了理论解答的合理性;以某工程实例为基础,分析了斜坡坡度和桩顶水平荷载对斜坡基桩受力与变形的影响.研究表明：斜坡地基比例系数随桩土交界面处桩身水平位移增大而呈非线性关系减小;黏土和砂土斜坡地基比例系数均随斜坡坡度增加而减小;基桩桩顶水平位移和桩身最大弯矩均随斜坡坡度和桩顶水平荷载增加而增大;当斜坡坡度由0°增加至60°时,桩顶水平位移约增大86.4%,桩身最大弯矩约增大4.6%,桩身最大弯矩位置约下移2.0 m;桩顶水平荷载每增加50 kN,桩顶水平位移平均增大48.5%,桩身最大弯矩平均增大41.6%.     

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.     

疏排桩-放坡组合支护的应用分析

针对某基坑放坡开挖不满足稳定性要求的问题,提出采用疏排桩与放坡组合支护的方案.通过有限元强度折减法,分析了疏排桩加设前后的土坡稳定性及疏排桩的位置、桩径、桩距、桩长对土坡稳定性的影响.在给定的目标下统一考虑各因素的影响,根据经济性比较得出优化方案.分析表明有限元强度折减法分析非均质土坡稳定可行,加设疏排桩能加深滑裂面、提高土坡稳定性.工程应用表明疏排桩与放坡组合支护的方案是经济有效的支护方式.