地震作用下土钉支护高速公路边坡动力参数分析

结合土钉支护高速公路边坡工程实例,在地震作用下采用大型非线性有限元分析软件ADINA对边坡的变形、加速度、土钉轴力及土压力进行了计算和参数分析.考虑土体和支护结构相互作用及其协同工作建立三维有限元模型.应用了非线性静动力性能的弹塑性模型模拟土体;采用了可以描述土钉在进入塑性阶段强化性质的双线形弹塑性模型模拟土钉;土与支护结构相互作用由接触单元模拟.主要研究了地震烈度、土钉长度、土钉间距以及土参数对边坡位移峰值、加速度峰值、土钉轴力最大值以及土压力峰值的地震响应影响.结果表明随着烈度的增大,边坡位移峰值、加速度峰值、土钉轴力最大值以及土压力峰值也都增大,其形状相似;随着土钉长度的增加,边坡位移峰值、加速度峰值、土钉轴力最大值以及土压力峰值将减小,在土钉支护的范围内边坡位移峰值和加速度峰值影响较大,坡底以下土体位移峰值和加速度峰值影响很小;边坡位移峰值、加速度峰值、土钉轴力最大值以及土压力峰值随着间距的减小而减小;土体参数c,φ增大时,边坡位移峰值和加速度峰值将减小,而土钉轴力最大值和土压力峰值将增大.     

单、双排桩联合支护衔接处结构尺寸影响分析

为保障相应基坑工程的支护结构刚度和稳定性，采用双排桩和单排桩联合支护的形式，并利用ANSYS有限元软件建立双排桩和单排桩衔接处局部基坑支护实体模型，通过调整双排桩排距、双排桩桩距和衔接处有无冠梁等情况，分析联合支护衔接处结构尺寸对桩体位移和弯矩的影响。结果表明：双排桩排距增加可以提高结构稳定性；双排桩桩距增加会降低结构稳定性；衔接处冠梁可以提高单排桩的支护效果。可为该类基坑支护问题提供参考。     

边坡工程中抗滑群桩工程特性的数值分析

针对建立抗滑群桩的设计方法问题,分析了抗滑群桩在水平推力作用下的力学行为.以重庆江东边坡的典型断面为例,应用有限元程序CORE3D分析了群桩的桩间颗粒土的土拱区域,结合桩的荷载位移曲线、土拱效应解释了土体应力传递到抗滑桩的规律,通过对影响土拱效应的参数,如桩间距、土体厚度、抗滑桩嵌入深度和桩径等的深入研究,提出了相应的群桩布置参数估算公式.研究成果在重庆江东边坡的防护工程设计中得到了应用,并取得了较好的效果.     

成兰铁路高陡边坡稳定性分析及加固措施

在我国铁路建设过程中,线路不可避免地布置在高陡边坡坡脚,因此开展高陡边坡稳定性分析及加固措施研究显得十分重要。通过工程实例,利用有限元强度折减法计算了边坡安全系数,运用不平衡推力法获取边坡的滑坡推力,提出了双排抗滑桩支护的加固方案;通过数值模拟与现场监测综合分析双排抗滑桩的加固效果,并结合降雨和地震工况,开展了不同工况下双排抗滑桩桩后土体变形以及桩前土压力分布规律研究。研究结果表明:1)双排抗滑桩对高陡边坡有较好的加固效果;2)2种不利工况下,边坡位移变化规律基本一致,后排抗滑桩桩后位移更大,前排抗滑桩桩前土压力在滑面位置处发生突增;3)双排抗滑桩能有效防治边坡塑性变形,对双排抗滑桩桩间土塑性变形防治尤为明显。研究结果可为双排抗滑桩在高陡边坡加固中提供指导。     

某停车场深基坑支护方式的FLAC3D模拟分析

目的为解决某停车场基坑不同支护方式的选择问题,对该基坑开挖状态的稳定性进行研究,为基坑工程设计与计算提供参考依据.方法运用岩土工程软件FLAC3D模拟某基坑在桩锚支护下以及疏排桩锚-土钉墙联合支护下的开挖状态,分析数值模拟所得的应力与位移等值线图.结果在桩锚支护下基坑土体最大水平位移约为15.5 mm,而在桩锚-土钉墙联合支护下,其最大水平位移增大到约21.4 mm.基坑的位移引起周围土体不同程度的沉降.结论该基坑土体位移的最大值出现在基坑边坡顶缘.桩锚支护与桩锚-土钉墙联合支护都能够有效地抵抗基坑土体位移,但桩锚支护的效果更好.     

锚拉抗滑桩有限元计算及截面形状研究

抗滑桩广泛应用于边坡工程中,是较好的传统滑体加固方式,近年来,预应力锚杆抗滑桩应用越来越多.假定桩侧土压力和埋深、桩身变形成线性关系,用有限杆单元法对预应力锚杆抗滑桩进行了分析.分析表明预应力锚杆可明显改善抗滑桩受力性能,桩体倾斜、桩径等因素对抗滑桩受力性能有一定影响.因桩截面尺寸对受力性能和造价影响显著,因此必须综合考虑各种因素.选取合适抗滑桩界面尺寸,既保证边坡安全又经济.     

疏排桩支护结构中土拱荷载传递比分析

在以往关于土拱效应研究的基础上,提出了土拱荷载传递比的概念,并建立了分析计算模型。通过土工离心机模型试验验证了Ito提出的排桩桩侧土压力的计算方法在深基坑疏排桩支护结构中的适用性,并基于该方法,结合一个疏排桩支护工程事例对土拱荷载传递比的影响因素作了比较全面的分析。研究结果表明:疏排桩支护结构中,桩间土拱效应不容忽视,通过土拱传递到排桩上的土压力最大可占到排桩承受的总土压力的60%以上;土拱荷载传递比随着桩间净距的增大近似呈指数形式减小,当桩间距相同时,桩径越大,土拱荷载传递比越小;当其他参数不变时,土拱荷载传递比随土体内摩擦角和土体黏聚力的增加近似呈指数形式增加。     

煤矸石桩-土工格室复合路基承载特性

为了研究煤矸石桩-土工格室复合路基的承载性能，以煤矸石桩、土工格室及格栅分别作为竖向、水平向加筋体，开展静载试验，分析土工格室和格栅拉伸应力、桩体轴向应力以及桩顶与桩间土压力的变化规律.研究结果表明：当施加到第8级荷载时，相较于土工格栅，土工格室上的拉应力增大67.93%，格室组中心桩与边桩中性点应力分别增大78.22%、30.95%，中性点对应截面位于桩体中部距桩顶约50 cm处；加筋垫层下方格室组的桩土应力比与格栅组相比，路基中部增大13.68%，路基边缘部分增大12.40%～13.49%，整体增大13.19%.煤矸石桩-土工格室复合结构能够有效地将荷载由桩身传递至基底；土工格室加筋垫层均匀地将荷载横向传递至加筋体，削弱桩土间的土拱效应，土工格室与垫层构成的柔性筏板效应更突显.     

h型抗滑桩的受力特性及优化设计

在综合分析抗滑桩受力特点,归纳总结多个工程经验的基础上,提出了h型抗滑桩的三种土压力模式;基于ANSYS软件建立有限元模型,分析矩形、三角形和梯形等三种土压力作用下h型桩的内力分布特点,同时考虑桩前滑体被动土压力作用对h型抗滑桩内力分布的影响;利用桩顶位移与桩体最大弯矩双控指标对h型抗滑桩的几何参数进行了优化. 结果表明:对于矩形截面h型桩,当前后桩间距取2.5～5倍桩截面宽度,连梁高度为1～2倍桩截面宽度,连梁刚度为桩身刚度的4～5倍时,桩身受力最为合理.     

考虑应力扩散时桩端土对桩体阻抗的影响

为研究桩端土体对桩体阻抗的影响,提出了一种模拟桩土相互作用的新模型.在该模型中,桩端应力扩散到下部土体中,土体中产生的附加应力符合圆形荷载下的Boussinesq应力解.相同附加应力形成三维等值面,将等值面包裹的土体区域看作虚土桩.虚土桩底部与基岩接触,限制竖向位移.根据虚土桩底部的边界条件,结合阻抗传递法可得到虚土桩顶部阻抗,将其作为实体桩的实际支撑参数,进而可求得整个桩体的阻抗响应.通过该模型计算得到的桩体阻抗与Novak的计算结果进行对比,发现考虑桩端应力扩散效应可以较为真实地反映桩端土体对桩体阻抗响应的影响.桩体刚度与桩端土厚度成反比,阻尼反之.对于长径比较小的桩体,桩端土体的影响更大.     

黄土挖填方场地中桩筏基础受力变形状态研究

利用自制模型箱,以延安新区黄土挖填方场地中的桩筏基础为原型,开展了相似比为1∶5的模型试验.通过上部加载模拟上部结构荷载,对桩体纵筋、筏板表面的应变数据以及桩间土体的土压力数据进行采集分析.试验结果表明,随着上部荷载的增大,地基的不均匀沉降导致了基础产生向填方区的偏转,桩体发生明显的弯曲变形,不同部位桩体的应力集中位置以及桩-土相互作用状态有明显区别.在模型试验的基础上探讨了挖填结合地基上桩-土-筏共同作用的计算式.基础设计时应避免桩体全段位于填方地基中,基桩底部应深入稳定原始土体,并通过对填方地基的预处理提高桩周土体的摩擦力,同时应考虑各桩轴向应变数值以及峰值位置的差异,有针对性地考虑桩体的承载能力.     

桩拱组合式挡土墙及其简化设计方法研究

桩板式挡土墙是山区道路工程建设中经常采用的一种支挡结构,由于抵抗水平荷载的需要,传统桩板式挡土墙结构桩和板的尺寸通常做得较大,桩体的布置较密,不经济。基于此,提出一种新的适用于山区道路的桩拱组合式挡土墙,利用拱结构受压性能较好的特点,采用拱板代替传统的平板,拱板与桩基础的上部连接,整体结构可以通过装配式或者现浇制作而成。基于土压力和桩基水平承载力理论,分别建立拱板主动土压力计算模型和抗滑桩计算模型,利用拱板荷载传递给桩基的基本原理,建立桩拱挡土墙整体结构的力学平衡方程,通过求解平衡方程获得桩拱挡土墙整体结构的极限承载力。通过参数分析,分别讨论了不同的桩体几何尺寸、拱板几何尺寸以及土体参数对桩拱组合式挡土墙极限承载力的影响,结果表明,增加矩形截面的长宽比、桩体嵌入深度、土体摩擦角等可以有效提高桩拱组合式挡土墙的极限荷载。     

ECC混凝土桩板墙支挡边坡抗震性能振动台模型试验研究

在强震作用下，传统桩板墙支护结构易出现不可恢复的损伤和变形，工程水泥基复合材料（ECC）具有较高的抗拉强度和拉应变硬化特性，在约束裂缝开展、抗弯承载力及耗能能力上优于普通钢筋混凝土，但ECC桩板墙支护结构的抗震性能尚不明确。由此，开展ECC桩板墙支护结构（ECC桩板）和普通钢筋混凝土浇筑的桩板墙支护结构（RC桩板）振动台试验，对比其动力响应和破坏特性。结果表明：ECC桩板的抗震性能优于RC桩板；在相同的地震动作用下，ECC桩板支护下边坡的动力响应小于RC桩板支护时，在更高强度的地震动作用下，相同材料强度的ECC桩板可保证边坡稳定性；在动力作用下，ECC桩板和RC桩板表现出较明显的弹性和弹塑性，在输入地震动较小时，两种支护结构的动力响应较为一致；当输入地震动峰值较大时，ECC桩板支护下边坡的加速度放大系数为RC桩板支护下的0.77~0.9倍，ECC桩板和RC桩板的桩背动土压力分布都表现为“双峰型”，RC桩背动土压力峰值为ECC桩背的5倍左右；两种支护结构的桩顶残余位移与震级呈指数关系，RC桩板的桩顶残余位移为ECC桩板的2倍。破坏阶段，ECC桩板仅在嵌固端面出现多条细微裂缝，RC桩板出现抗弯破坏特征，钢筋和混凝土相对滑移明显，位移不可控。     

桩与桩侧土之间的非线性滑移破坏的数值分析

根据桩与桩侧土的非线性剪切特征，采用接触单元来模拟桩与桩侧土之间的非线性滑移破坏，运用虚位移原理推导了桩-土三维等厚度接触元的单元刚度矩阵，较好地模拟桩与桩侧土之间的非线性滑移破坏。既考虑了剪力的传递，又考虑了相对位移，同时也研究了桩长、桩体弹性模量和桩径对桩轴力分布的变化规律的影响。通过实例计算，分析得到一些有益的结果：增加桩长可减少桩的端阻力；对于短桩，提高桩体弹模，虽然能提高桩体刚度，但对提高桩端阻力的影响较小；而对于超长桩，增大桩体弹性模量能增大桩轴力；不管短桩还是长桩，随着桩径的增加，桩轴力都在减少．实例表明，采用适当的桩长、桩径可充分发挥桩的作用。同时也表明了该方法的有效性和正确性。     

地震作用下桩锚组合结构加固边坡稳定性分析----灾后重建专刊

对于一些性质复杂,滑坡推力巨大的边（滑）坡,单一的抗滑结构对其整治已显得无能为力,于是各种组合抗滑结构应运而生,然而目前对采用组合防治结构加固边坡稳定性的研究又十分稀缺。因此,本文以桩锚组合结构加固边坡为例,运用极限分析上限定理,推导出了地震作用下桩锚组合结构加固边坡中抗滑桩所需提供抗力的计算公式以及该加固边坡的屈服加速度计算公式,并提出了永久位移的预测方法,为地震带边坡防治结构的设计提供理论依据。通过对桩锚组合结构加固的实例边坡的计算分析,得到了在确定的锚索布置条件下,抗滑桩所需提供抗力和边坡屈服加速度与地震系数、抗滑桩布置位置、边坡特性和坡体材料特性等因素相关关系的一系列研究结果,揭示了地震作用下桩锚组合结构加固边坡的稳定性。     

地震作用下桩锚组合结构加固边坡稳定性分析

对于一些性质复杂,滑坡推力巨大的边(滑)坡,单一的抗滑结构对其整治已显得无能为力,于是各种组合抗滑结构应运而生,然而目前对采用组合防治结构加固边坡稳定性的研究又十分稀缺.因此,以桩锚组合结构加固边坡为例,运用极限分析上限定理,推导出了地震作用下桩锚组合结构加固边坡中抗滑桩所需提供抗力的计算公式以及该加固边坡的屈服加速度计算公式,并提出了永久位移的预测方法,为地震带边坡防治结构的设计提供理论依据.通过对桩锚组合结构加固的实例边坡的计算分析,得到了在确定的锚索布置条件下,抗滑桩所需提供抗力和边坡屈服加速度与地震系数、抗滑桩布置位置、边坡特性和坡体材料特性等因素相关关系的一系列研究结果,揭示了地震作用下桩锚组合结构加固边坡的稳定性.     

库水位波动下的抗滑桩－土作用机理分析

以三峡库区某典型堆积层滑坡为实例,采用Ａｂａｑｕｓ软件数值模拟的方法,对其在库水位波动下抗滑桩－土作用机理进行了研究。模拟结果显示：滑坡处于自然状态时,其坡体岩石的物理力学性质相对稳定,抗滑桩后缘会产生张力形成微小位移,坡脚处会产生最大值为－５.０７５ＭＰａ的应力,桩土作用较小,整个滑坡比较稳定;库区水位下降,桩土之间位移最大处出现在桩顶,相较于自然状态变化较大,同时在渗透水压力作用下,桩土作用明显,桩的应力达到最大值５６.３８ＭＰａ,该工况在抗滑桩作用下边坡稳定;水位上升,土体物理力学性能降低,滑体顶部位移变化大,为０.０１８７７ｍ,土体整体稳定性降低,桩土作用明显。     

一种高切坡超前支护桩的作用机制

高切坡超前支护桩能有效地抑制边坡的变形,确保开挖边坡的稳定性。但常规钢筋混凝土超前支护桩的刚度大,导致施加在桩体上的土压力较大,为解决这一问题,提出在超前支护桩体靠山侧设置一层EPS垫层材料以降低超前支护桩与变形坡体之间的作用力。采用数值分析方法,研究了EPS垫层材料类型、厚度、刚度对超前支护桩土压力、桩身变形以及桩身内力的影响,揭示了EPS垫层材料对超前支护桩作用机制的影响。研究结果表明：EPS垫层的厚度和密度对超前支护桩桩土共同作用有显著影响。超前支护桩后布置的EPS垫层厚度越大,超前支护桩上的土压力越小,桩身位移越小,桩身内力越小;超前支护桩后布置的EPS垫层密度越小,超前支护桩上的土压力越小,桩身位移越小,桩身内力越小。     

一种高切坡超前支护桩的作用机制

高切坡超前支护桩能有效地抑制边坡的变形,确保开挖边坡的稳定性。但常规钢筋混凝土超前支护桩的刚度大,导致施加在桩体上的土压力较大,为解决这一问题,提出在超前支护桩体靠山侧设置一层EPS垫层材料以降低超前支护桩与变形坡体之间的作用力。采用数值分析方法,研究了EPS垫层材料类型、厚度、刚度对超前支护桩土压力、桩身变形以及桩身内力的影响,揭示了EPS垫层材料对超前支护桩作用机制的影响。研究结果表明:EPS垫层的厚度和密度对超前支护桩桩土共同作用有显著影响。超前支护桩后布置的EPS垫层厚度越大,超前支护桩上的土压力越小,桩身位移越小,桩身内力越小;超前支护桩后布置的EPS垫层密度越小,超前支护桩上的土压力越小,桩身位移越小,桩身内力越小。     

地震作用下土钉支护边坡动力分析

应用动力弹塑性有限元方法,研究了双向地震激励下土钉支护边坡动力响应。考虑土体与支护结构相互作用及其协同工作建立三维有限元模型。给出了地震波和阻尼的选取方法。应用了非线性静动力性能的弹塑性模型模拟土体;采用了可以描述土钉在进入塑性阶段强化性质的双线形弹塑性模型模拟土钉;土与结构的相互作用由接触单元模拟。研究内容包括边坡竖向地震响应、水平地震响应,土钉的地震响应,土压力地震响应。结果表明土钉支护边坡延性大,有很好的抗震性能;地震作用后各层土钉轴力都增大;边坡在地震作用下产生永久位移;地震作用下土压力峰值形状与地震作用前的土压力形状相似。这些结论对土钉支护边坡的抗震设计与动力分析有较高的参考价值。