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.     

地震作用下岩石边坡稳定性有限元模拟

为研究地震作用下岩石边坡的稳定性问题,根据实验室直剪实验结果确定了完整的岩石样本的抗剪指标参数,并根据岩体裂隙间距对其进行了弱化折减.采用有限元强度折减方法评估了含节理岩石边坡的稳定性,计算了临界滑移面的安全系数.通过Drucker-Prager破坏准则判断岩石边坡有限元模型中每个单元的滑移状态.采用准静态方法模拟岩石边坡地震作用荷载,讨论地震动力放大系数对边坡抗滑稳定性安全系数的影响.基于有限元分析结果,确定不同地震作用组合下岩石边坡在极限状态下的塑性区分布和滑移面的安全系数.     

白河特大桥施工过程稳定性分析

以白河特大桥为工程实例,采用有限元程序Midas/civil建立了桥梁的空间有限元模型,模拟其施工过程,进行了每个施工阶段桥墩的稳定性分析.计算结果表明:白河特大桥主桥的总体稳定性系数较大,桥墩结构稳定性较强,桥梁不易发生失稳破坏;桥梁在施工阶段以最大悬臂状态下稳定性最差,桥梁在成桥运营阶段,结构在活载作用下的稳定性可作为全桥的稳定性控制阶段,最易发生失稳的墩身是26号桥墩的纵向失稳.     

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。     

高墩-群桩体系临界荷载计算

考虑桩-土相互作用对上部高桥墩稳定性的影响,基于力效相等原则,通过力法原理,将群桩基础进行等代以模拟桩土作用,导出了单肢高墩-群桩体系在竖向荷载作用下的屈曲临界荷载计算公式.通过工程实例验证了本文方法的可行性,分析了桥墩刚度和高度对体系稳定性的影响.结果表明:桥墩的刚度和高度是影响体系屈曲性能的两个重要因素,但当墩高及其刚度值超过某一界值,体系的临界荷载趋于一定值,即结构的屈曲破坏不是一个材料破坏的问题,而是体系存在一最优墩桩刚度比和长度比,使得墩-桩-土三者共同工作最协调.     

锚索支护参数对荷载作用下边坡潜在滑移面的影响研究

锚索支护参数对荷载作用下边坡潜在滑移面的位置、形状及安全系数影响不容忽视,利用极限平衡法对荷载作用下锚索在不同长度,不同角度和不同排列方式下的潜在滑移面位置及安全系数进行了研究.分析结果表明:①锚索长度存在一个临界值,在该长度下边坡安全系数达到最大值;②预应力锚索有一个能提供最大抗滑力的倾斜角度,边坡按这个角度支护时稳定性最佳;③在边坡坡顶存在荷载时,锚索总长度相等的情况下采用上短下长排列时边坡安全系数更大.研究结果对于坡顶存在荷载时边坡的锚固设计具有借鉴意义.     

隧道爆破开挖对洞口段边坡稳定性研究

为分析隧道爆破对洞口段边坡稳定性影响,以武靖高速第三合同段矮子寨隧道工程为依托,利用FLAC3D软件模拟隧道爆破开挖施工过程,并计算分析爆破施工对邻近边坡稳定性的影响,对存在失稳状态的边坡采取有效的支护措施,确保施工过程中隧道洞口边坡安全稳定.研究结果表明:隧道爆破施工产生的振动效应会极大降低邻近边坡的安全系数,并且会加大边坡地表位移沉降;锚杆支护有助于提高振动荷载作用下处于失稳状态下的边坡稳定性.     

公路高陡滑坡桥墩稳定性分析及其防护措施研究

以贵州省大兴至思南高速公路某特大桥为工程实例,采用数值模拟方法,在充分考虑边坡和桥墩的相互作用条件下,对高陡边坡桥墩的稳定性进行分析并提出相应的防护措施。研究结果表明:边坡滑动产生的下滑推力是桥墩产生变形倾斜的主要原因。在饱和工况条件下,1#—4#桥墩顶部水平向位移、右侧3#、4#桥墩的桩身最大弯矩值均大于设计要求,并导致桥墩产生一定的倾斜度,因而需要继续进行加固处理。     

地震荷载作用下岩石边坡稳定性的拟动力分析及可靠度研究

岩石边坡的稳定性直接关系到人类的生命和财产安全,因此其安全性评估至关重要,特别是在地震易发地区。安全系数是评估边坡安全程度的常用方法之一,然而影响边坡安全性的因素较多,存在一定的不确定性;因此在岩石边坡抗震设计中存在一定的不足。考虑地震荷载、岩体放大系数、张缝内水位变化等影响因素,利用拟动力方法推导了出流缝未堵塞时不同工况下的岩石边坡抗倾覆性的安全系数。在确定性计算模型的基础上,考虑到地震荷载等因素的不确定性,建立了地震荷载作用下岩石边坡抗倾覆性的极限状态方程。通过可靠度指标对计算参数的敏感性分析,分析了水平及竖向地震荷载、岩体放大系数、张缝内水位变化等控制因素的影响作用。分析表明,岩石边坡的抗倾覆稳定性不仅与计算参数的均值有关,也与计算参数的变异性有关。因此,在抗震设计当中,同时利用安全系数及可靠度指标来评估岩石边坡的抗震稳定性,有利于岩石边坡的安全设计。     

朱昌河特大桥4#主墩基础边坡岩体稳定性的数值模拟分析

利用岩土工程软件FLAC-3D对朱昌河特大桥4#主墩基础边坡岩体在自然条件下,桩及承台施工过程、锚杆(索)加固过程以及施加设计荷载状态下的变形及稳定性进行了三维数值模拟分析。结果表明:在上述条件下,4#主墩基础边坡岩体是稳定的,水平位移量和垂直位移量均在设计范围以内。从长远来看,为确保大桥的安全运行,对4#主墩基础边坡进行加固是必要的。     

天津市软土地层地铁盾构区间下穿施工对京沪高铁南仓特大桥影响的数值分析

为研究天津地区软土地层隧道盾构区间下穿施工对京沪高铁南仓特大桥的影响,以下穿京沪高铁的天津地铁7号线外院附中站-榆关道站区间隧道工程为背景,对下穿京沪高铁南仓特大桥段区间盾构隧道进行设计,通过运用Midas/GTS有限元软件数值分析方法对盾构区间下穿京沪高铁南仓特大桥进行有限元数值分析。研究盾构区间下穿京沪高铁南仓特大桥施工过程中桥面、桥墩、承台及桥桩位移变化规律特征。总结盾构区间侧穿桥桩施工过程中桥桩附加应力变化规律;揭示了盾构区间下穿京沪高铁特大桥施工过程中承台差异沉降及地层应力变化规律。结果表明,盾构隧道施工过程中京沪高铁天津南仓特大桥桥桩附加弯矩较小,桥面、承台、桥墩及桥桩沉降最大值均在控制标准值范围以内,桥桩水平位移最大值在控制标准值范围以内,不会对大桥产生破坏影响。可见在软土地区盾构施工对高铁特大桥有一定程度影响,但通过施加工程措施后,可有效降低对桥的影响程度,保证高铁桥的安全。研究成果可为类型工程施工设计提供参考。     

空心薄壁高墩连续刚构桥全过程稳定分析

为更好地保障高墩连续刚构桥施工安全,以石川河特大桥为工程背景,通过有限元仿真的方法对空心薄壁高墩连续刚构桥展开了复杂工况下的全过程稳定分析,得到了第一阶屈曲特征值和屈曲模态,并对混凝土强度、桥墩高度及高墩壁厚进行了参数敏感性研究。结果表明：只考虑几何非线性,最大悬臂状态的稳定系数为20.39,而考虑双重非线性的稳定系数为6.12,分别较第一类静力稳定降低了16.5%和74.9%;就石川河特大桥15#墩而言,屈曲模态为纵桥向失稳,高墩的破坏属于小偏压破坏,破坏截面发生在距墩底h/8―h/7左右的区域;随着桥墩高度增加,桥梁的稳定性逐渐减小且减小的速率逐渐降低,而混凝土强度和高墩壁厚对高墩稳定性影响不大。可见考虑复杂工况的全过程稳定分析具有更好的实际意义。     

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.     

景观桥梁异形墩柱模板施工安全分析

景观桥梁往往以整体造型优美、结构外形别致为特色,因而经常采用流线形轮廓的混凝土异形墩柱,其模板支架体系的施工安全性问题异常突出。基于此,首先回顾了桥墩模板施工安全分析的中外研究现状,然后以某典型景观桥梁异形墩柱为背景,利用MIDAS/Civil对其施工过程模板支架体系进行了详细的有限元模拟,并对面板、边筋、竖筋的内力、变形及整体稳定性进行了深入分析,评价了其施工安全性。研究表明:为保证模板体系安全性,应建立包括合理单元类型、边界条件的有限元模型,同时应重点考虑湿浇混凝土及风荷载分布特点和施加方式。在此基础上,提出相适宜的模板加强及质量控制措施,提供施工指导建议。研究成果可为同类异形墩柱模板施工安全性分析提供借鉴。     

桥梁地下结构对堤防渗流分布规律的影响分析

当建设跨越河流的设施时,建设在堤防附近的设施基础会对堤防渗流场的分布规律产生影响.为了确保堤防稳定性及长期安全运行,有必要对建设设施基础前、后堤防的渗流场进行分析.采用三维有限元数值模拟方法对某堤防建设大桥基础前、后进行了稳定-非稳定渗流有限元分析,计算结果表明:桥梁基础对渗流场的影响不大,堤身渗流逸出点的渗透坡降变化很小,各个土层的渗透坡降变化相差不超过4%,建设桥梁不会显著影响堤防的渗流稳定性.     

有限元模拟桩锚支护对邻近高架桥的影响

以郑州某近邻高架桥桥桩的深路堑工程为背景,采用Midas/GTS有限元软件对深路堑施工进行数值模拟,分析了深路堑施工过程对桩锚支护结构与邻近高架桥桥桩的影响,并与实际监测数据对比分析,论证了桩锚支护结构的实用可行性.     

高速公路深路堑边坡应力及位移的有限元分析

为了研究山区高速公路深路堑边坡的稳定性问题,基于三维非线性应力及位移有限元计算,对边坡稳定性进行了数值分析,并与sarma法的计算结果进行了对比.结果表明,有限元法解决边坡问题可以起到其他方法不可替代的重要作用.     

库水位循环下岸坡-桥梁桩基相互作用致损机理

库水位循环作用下,库岸边坡岩土体物理力学性质劣化,引起岸坡变形、滑移,将对桥梁基础、桥墩及上部结构产生不同程度损伤,甚至会导致桥梁上部结构落梁、垮塌。针对重庆万州长江二桥库岸边坡失稳致灾问题,采用FEM-SPH(finite element method-smoothed particle hydrodynamics)转换耦合算法建立了岸坡-桥梁三维有限元模型,结合桥位处地质勘测数据模拟了变动水位条件下岸坡变形、滑移、失稳全过程,揭示了岸坡滑移与桥梁桩基相互作用机理,研究了桥墩偏位规律及下部结构失效模式。结果表明：以滑动带有限元网格悉数转换为SPH(smoothed particle hydrodynamics)粒子作为岸坡失稳判据,FEM-SPH转换耦合算法能够更直观、准确地模拟库岸边坡从变形、滑移至失稳全过程;桥位处岸坡将在第16、20次水位升降循环过程中发生失稳破坏;随着岸坡变形、滑移、失稳演化,桥墩偏位呈“缓增-激增”的变化趋势;岸坡发生第2次失稳时,桩基础在土-岩交界面上部发生剪切破坏,破坏面与水平面夹角约为60°。