抗滑桩的土拱效应及数值模拟

通过对抗滑桩及桩周土的力学分析,建立了相应的有限差分模型,并运用连续介质的快速拉格朗日差分程序FLAC模拟了土拱产生的过程和机理,分析了影响土拱效应的因素.计算结果表明:①桩距设为桩宽的2.5～3.5倍是比较合适的;②桩后中轴线上节点y方向位移变化曲线能够直观反映土拱的产生过程;③桩间距越大,土拱效应越不明显,随桩间距的增大,桩的荷载分担比逐渐减小,而土体的荷载分担比逐渐增大;④土体内摩擦角越大,桩的荷载分担比就越大,土拱效应也就越明显;⑤土体粘聚力对土拱效应的影响并不显著.上述结论对抗滑桩桩距的设计有一定的参考价值.     

梯形断面抗滑桩桩间距计算方法研究

针对滑坡治理新方法——梯形断面抗滑桩,分析了梯形断面抗滑桩土拱效应的形成机理,建立了梯形断面抗滑桩桩间距计算模型。将该类桩的土拱效应视为两个独立的土拱作用,利用土体极限强度、拱脚强度以及桩间静力平衡推导了相应的桩间距计算公式。实例分析表明,梯形断面抗滑桩桩间净距比其他矩形桩桩间净距大,说明梯形抗滑桩斜边的存在使土拱效应整体效果得到加强,梯形抗滑桩相较于其他形式的抗滑桩具有更好的抗滑效果。     

基于均布条形荷载附加应力理论的抗滑桩桩间土拱效应研究

抗滑桩桩间距确定是滑坡治理设计中的重要参数，其决定着桩间土拱效应的强弱变化。而土 拱效应是保证桩间土体不从桩间滑出或绕桩滑动的关键因素，是确保抗滑桩安全有效的重要原因。将 抗滑桩对滑坡的反力视为均布条形荷载，利用半无限空间范围内条形荷载附加应力理论，求解土体中任 一点Ｍ在ｘ方向的附加应力，结合对应的模型试验，从而确定了抗滑桩桩间土拱效应的拱高约为０．３～ ０．４倍桩间距。且通过附加应力随桩间距的变化可以发现，抗滑桩桩间距为４倍以内桩截面宽度时土拱 受力较为有利，既采用３～４倍桩截面宽度作为设计桩间距较为经济、合理。     

考虑桩后及桩侧土拱间相互作用的合理桩间距

抗滑桩的桩间土拱除了桩后土拱外，还有桩侧土拱。基于抗滑桩的上述成拱形式，分别对桩后土拱、桩侧土拱及其相互作用进行了受力分析，在此基础上，根据土拱的极限平衡条件，推导出土拱间的相互作用力及考虑桩侧、桩后土拱及其相互作用的桩间距计算公式。以具体工程实例，对目前常见的桩间距计算方法和本文计算方法的计算结果进行了对比分析。研究结果表明:与目前常用的仅考虑桩后土拱（或桩侧土拱）和虽然考虑桩侧、桩后土拱，但忽略土拱间相互作用力的计算方法相比，本文所述方法更加符合工程实际。     

桩后－桩侧共同成拱的悬臂式抗滑桩合理桩间距研究

为充分利用悬臂式抗滑桩桩后－桩侧土体的土拱效应，建立能描述桩后－桩侧成拱土体应力状态的抗滑桩合理桩间距计算模型。首先构建了桩后－桩侧土拱共同作用的平面概化模型，基于拱体静力平衡条件与土体成拱强度条件确定了考虑自重应力作用的桩后－桩侧拱体的极限应力状态；然后借助经典的Ｄｒｕｃｋｅｒ－Ｐｒａｇｅｒ强度破坏准则对拱脚与拱顶两处最易破坏点进行强度验算，籍此确定抗滑桩的合理桩间距。研究结果表明:桩后－桩侧拱体的拱脚先于拱顶破坏，合理桩间距的确定应基于拱脚强度控制准则；通过对两个表现为显著不同力学性质的滑坡治理工程进行验算，并与前人计算结果进行对比，表明该方法不仅可准确确定抗滑桩的合理桩间距，而且表现出较强的适应性；与此同时，悬臂式抗滑桩的合理桩间距随土体抗剪强度参数、抗滑桩截面尺寸的增加呈近似线性增大，而随着桩后滑坡推力的增加而快速减小。     

基于土拱效应的遮帘桩合理桩间距分析

遮帘桩的合理桩间距分析是遮帘式板桩码头设计中需要重点关心的问题之一。基于平行墙理论及最不利荷载情况下的朗肯主动土压力理论,推导出遮帘桩后水平土拱拱前自由区及拱后稳定区土压力表达式,并在此基础上,根据拱脚水平静力平衡条件及三角形受压区强度条件得到了遮帘桩合理桩间距的计算式。结果表明:与已有土拱稳定分析方法相比,由于考虑了拱前自由区土压力的支撑作用,形成稳定土拱所需宽度有所增大,遮帘桩的合理桩间距因此也可以有所放大,并根据一算例进行了验证。     

软弱地基上水闸摩擦桩基础的几个问题分析

结合工程实例,研究合理选择摩擦桩桩长和桩距问题。通过计算分析,结果表明:摩擦桩设计过长或者过密以及不考虑桩土分担比均会导致水闸底板脱空。并指出,合理选择摩擦桩的长度和间距,考虑地基土承担合适的荷载,能有效地解决桩和地基土沉降不一致的问题。     

桩承式加筋路堤荷载分担计算改进模型

基于桩间的土拱效应与加筋效应开展融合分析,建立了桩承式加筋路堤荷载分担计算的改进Hewlett模型。首先,根据土拱是否处于塑性状态,结合桩-土竖向受力平衡条件,分别求解球形拱和平面拱控制方程,并对路堤荷载进行初分配。然后,假定加筋带上覆荷载为更符合实际工况的倒三角形分布,并使用文克勒地基模型考虑加筋带影响范围内的桩间土反力,无需预设土工加筋挠度形式,即可构建并求解土工加筋受力平衡控制微分方程,进而由加筋效应对路堤荷载进行再分配。综合工程实例验证与讨论,并通过多模型对比分析,表明改进模型能够合理预测荷载分担与土工加筋受力结果。参数分析表明,改进模型能够合理预测几何、材料参数变化对桩承式加筋路堤荷载分担的影响。     

板桩码头结构中桩体作用宽度试验研究

桩主要被用来传递竖向荷载,在码头结构中桩还常被用来承受横向荷载,抵抗地基侧向变形.侧向承载桩受到的作用力主要来自挡土陆侧和临空海侧之间的土压力差,但由于受力机理复杂,至今尚无成熟计算方法能够准确估算桩所承担的横向作用力.通常假设一个桩体等效作用宽度,然后采用挡土墙经典土压力理论进行计算,现行板桩码头结构设计中假设桩体作用宽度为2倍桩宽,然而,这种经验算法经常受到质疑,迫切需要试验验证.为了改进和完善现行的板桩码头结构设计计算方法,针对桩体作用宽度这一问题,设计开展了多组大型土工离心模型试验,通过微型土压力盒测量了不同桩间距布置的桩体侧面的土压力,获得了桩身前后两侧沿深度的土压力分布.试验结果表明,桩排中的单根桩作用宽度与桩间距密切相关,在桩间距宽度比d/b小于4.0时,其作用宽度系数Keq近似与d/b线性递增;d/b大于4.0后,keq值逐渐趋于常值,不再随着d/b值出现非常明显的变化;对于桩间距为2倍桩宽(d/b=2.0)这一常见布置情形,实测桩体作用宽度系数Keq值不足2.0.     

锚杆静压桩群桩效应分析

为促进对桩-土-承台相互作用规律的认识,本文主要运用ABAQUS模拟了锚杆静压桩(方桩)的不同桩长、桩边长、桩间距、桩数以及承台厚度情况下,锚杆静压桩群桩基础的工作性状。桩长的增长和桩数的增加,都会导致群桩效应系数和承台荷载分担比的降低;而随着桩间距增大群桩效应系数和承台荷载分担比增大。这些结论都有助于指导桩基设计,使得桩基设计更符合其实际工作状况。     

基于土拱效应的抗滑桩临界桩间距影响因素研究

合理设置抗滑桩桩间距对确保滑坡稳定具有重要作用。针对土拱理论在抗滑工程中的应用,对抗滑桩工程中土拱效应的影响因素进行了较为详细的介绍,讨论了各影响因素对抗滑桩临界桩间距的影响,并以工程实例说明了各种算法的差异,对于抗滑桩工程的设计和施工具有一定的指导意义。     

锚杆抗滑桩与普通抗滑桩加固黄土滑坡的对比试验研究

通过开展3组不同桩锚结构(普通抗滑桩、锚杆抗滑桩)加固黄土滑坡的模型试验,测得不同桩锚模型的土体抗力、桩身弯矩及锚杆的应变,对不同结构形式的锚杆抗滑桩的受力形式、内力分布及破坏模式进行对比分析。结果表明:黄土滑坡防治中,锚杆抗滑桩受力结构呈“S”曲线状,桩顶位移平顺延续,土体抗力及桩身弯矩分布更均匀;增加桩顶锚杆排数,可以增大抗滑力;普通抗滑桩的破坏模式主要为塑性单铰破坏,锚杆抗滑桩主要为塑性单铰(或双铰)破坏,锚杆主要为弯剪-滑移破坏,桩周土主要为土拱塑性破坏。研究结果可为黄土滑坡防治中锚杆抗滑桩的设计理论提供技术支撑。     

梯形断面竖向预应力锚索抗滑桩桩间距研究

梯形断面竖向预应力锚索抗滑桩是一种水毁滑坡治理的新方法,针对以往计算模型仅将梯形抗滑桩的土拱效应视为两个独立土拱作用的缺陷,考虑土拱之间存在的衔接问题,提出了梯形抗滑桩存在双土拱整体共同作用形式的新方法。通过建立整体土拱形式的计算模型,推导了整体土拱桩间距计算公式,弥补梯形抗滑桩桩间土拱整体共同作用时的桩间距计算,并依托工程应用对计算值进行了分析比对。在其他因数恒定时,定量分析了荷载对桩间距的影响。结果表明: 桩间距计算值较为合理,即桩间距离相对较大,说明了梯形抗滑桩增加的桩侧角度,使土拱效应得到增强,对滑坡治理起到了更好效果; 得到滑坡产生的均布荷载在 40 kN /m ＜ q ＜ 120 kN /m 时对桩间距影响幅度为 47% ,在 120 kN /m ＜ q ＜ 200 kN /m 时对桩间距影响幅度为 18% 。研究成果为梯形抗滑桩设计提供理论参考。     

土石混合体中抗滑桩抗滑力计算方法

抗滑桩是加固堆积层滑坡的主要工程措施之一,其与滑坡体的相互作用力决定了滑坡加固效果。堆积层滑坡多由土石混合体构成,为计算土石混合体中抗滑桩的抗滑力,引入土石混合体宏观抗剪强度指标评价模型,基于桩间土拱效应,构建了考虑块石体积含量(含石量)及休止角的抗滑力计算方法,并提出土石混合体中抗滑桩抗滑力的计算流程。针对20%~45%含石量和25°~40°休止角的土石混合体研究发现,土石混合体中抗滑桩提供的抗滑力并不总是大于纯土体中抗滑桩提供的抗滑力,其相对关系取决于块石的含石量与休止角的数值,并且存在明显的分界线。通过与数值模拟结果对比,验证了本文抗滑力计算方法的合理性,为堆积层滑坡中抗滑桩抗滑力的初步计算提供了一种可行的方法。     

土与小型钢管抗滑桩群复合结构模型试验研究

为揭示滑坡体在地震动力作用下微型钢管抗滑桩群与土形成的复合结构中桩的内力沿桩身的分布、土的内部压力变化、复合结构的耗能性能及动力特性,在参考Thompson研究方法并考虑土拱效应的基础上,自主研发了直剪式小型抗滑桩土群的低周往复模型试验装置,确定了小型钢管抗滑桩的合理桩间距,并依据相似理论设计了三排小型钢管抗滑桩模型并对其进行低周往复加载试验,通过试验研究了土与抗滑桩群复合结构的力学响应、动力特性、强度规律及破坏形态等主要性状。试验结果表明,桩前被动土压力呈梯形分布,桩后主动土压力呈三角形分布,桩身弯矩呈抛物线形分布,承台板起到桩身弯矩重分布的重要作用,土与抗滑桩复合结构在低周往复荷载作用下的滞回性能良好,刚度退化小,塑性变形性能优良,有良好的耗能能力。     

桩基承载力的ANSYS有限元分析

利用ANSYS软件建立土体与桩共同作用的数值模型,将有限元应用于桩—土结构进行三维有限元数值计算,得到桩—土结构的应力与变形,分析了桩—土结构的荷载—沉降曲线及荷载的传递规律,对以后桩—土模拟及设计有重要的参考价值。     

端夯扩碎石桩复合地基现场试验研究

结合南水北调工程SG14标的端夯扩碎石桩施工,根据现场静载、静力触探和动力触探试验以及室内土工试验对端夯扩碎石桩复合地基的桩土应力比、承载力以及桩间土的挤密效果进行了分析。试验表明:带有桩端扩大头的夯扩碎石桩的桩土应力比一般碎石桩大,试验所得桩土应力比一般在[4.2,7.4]之间;桩土应力比值随荷载的增加呈现先增后减,并逐渐趋于稳定,桩土应力比值随桩长的增大而增大;夯扩碎石桩复合地基的沉降曲线(P-S曲线)呈渐变型,没有明显的拐点或变化点出现;单桩复合地基承载力随着桩长的增大,承载力也逐渐增大;夯扩碎石桩施工能有效提高桩间土的强度,同时,对改善地基的不均匀沉降也有很好的效果。     

PCC桩复合地基桩土应力比的计算及影响因素分析

PCC桩是一种适合软土地区加固的刚性桩,以大面积PCC桩复合地基中的一个桩- 土-垫层单元为研究对象,考虑桩-土-垫层的共同作用,提出了PCC桩复合地基桩土应力比的一种计算方法。该方法假定桩土界面的摩阻力与桩土相对位移为理想弹塑性关系、同一水平面上桩间土与桩芯土沉降相同、桩端土符合Winkler地基模型,考虑桩-土-垫层的协同作用机理,推导出了PCC桩复合地基桩土应力比和沉降的计算公式,并根据推导出的公式对桩土应力比的影响因素进行了分析,为PCC桩复合地基优化设计提供参考和依据。     

复合地基桩体向垫层刺入量模型试验研究

桩体刺入垫层量的分析研究是复合地基沉降和荷载传递规律的一个重要组成部分,它将进一步完善复合地基沉降理论。然而目前对于桩体刺入量的研究不多。为了解具有垫层复合地基的作用机理、掌握桩土的荷载分担及桩体刺入垫层的规律,进行了不同工况的复合地基模型试验,得到了一系列有益的结论。试验结果对复合地基沉降研究提供了理论依据和数据支持,对其设计起到一定的指导作用。