滑坡防治独立微型桩性状的大型物理模型试验研究

通过进行独立微型桩与滑坡相互作用的大型物理模型试验,采用土压力盒、位移计和应变片等测试手段,研究滑坡作用下独立微型桩的受力情况、变形破坏模式及弯矩分布规律等。试验结果表明:独立微型桩的破坏部位位于滑面附近,破坏模式为弯曲与剪切相结合的破坏;滑面上下各15倍桩径的范围内桩土相互作用较明显,此范围外的桩身与周围土体基本共同变形;独立微型桩发生破坏时的桩顶位移量约为1/4倍桩径,且破坏后的微型桩依然有抗滑能力,主要由桩身配筋的拉力提供;独立微型桩的桩身弯矩分布形式不同于普通抗滑桩,弯矩主要分布在滑面附近,且受荷段承受反弯矩。     

滑坡治理微型桩群配筋形式模型试验

通过模型试验,对比研究桩周配筋和桩心配筋的微型桩群在滑坡治理中的承载机理、受力变形特征和破坏模式。研究表明,微型桩群对滑坡防治效果显著,可有效增加滑面的综合抗剪强度,并且桩周配筋形式比桩心配筋形式更为合理。     

基于模型试验的滑坡防治微型桩设计方法

通过开展微型桩与滑坡相互作用的大型物理模型试验,总结滑坡作用下微型桩的性状,在试验结果的基础上提出一种微型桩防治滑坡的设计方法。试验结果表明:微型桩的破坏是因滑面处的桩体抗弯剪能力不足引起的,桩身混凝土破碎后,微型桩抗滑机理由抗弯、抗剪转为钢筋抗拉; 群桩中各排桩的水平变位无明显差异,各排桩所受的滑坡推力沿滑坡滑动方向逐渐减小。基于试验结果,提出一种微型桩防治滑坡的设计方法,按微型桩在滑面处抗剪进行设计,同时考虑了各排桩所受滑坡推力的不均匀分布。     

微型桩群桩支护均质土滑坡的振动台模型试验

为研究地震作用下微型桩群桩支护均质土滑坡的地震动力响应特性,依托大型振动台,设计完成几何相似比为8:1（原型:模型）的物理试验模型。试验以El Centro波、汶川波、Kobe波以及不同频率的正弦波为激励波,研究地震动力作用下微型桩群桩的破坏模式、加桩后土质滑坡的加速度响应规律等。试验结果表明:（1）地震激励后微型桩的破坏模式与静力情况类似,呈反"S"型变形,弯曲破坏范围主要分布在滑面上1.4~4倍桩径内和滑面下1.4~3.4倍桩径内。（2）不同频谱特性的地震波激励时,滑坡加速度响应不同。激励频率越靠近滑坡自振频率,其加速度响应越强烈。微型桩群桩支护滑坡的加速度响应具有高程放大效应,且激励频率越靠近坡体自振频率,其高程放大效应越显著。（3）微型桩群桩支护结构对地震波有一定的阻滞作用,支护部位（尤其是坡脚）坡面的加速度响应明显弱于坡内,可限制坡表效应,但伴随坡高的增大,这种阻滞作用趋于减弱,无支护部位的上部坡体仍会出现坡表效应。     

微型桩单桩加固滑坡体的模型试验研究

通过开展滑坡基本参数试验和微型桩加固滑坡体的模型试验,研究微型桩单桩加固滑坡体的承载机理、受力情况及破坏模式。结果表明:微型桩可有效提高滑坡的稳定系数,采用微型桩加固滑坡后,可将滑坡的稳定系数由0.96提高至1.35;微型桩所受的滑坡推力呈上小下大的三角形分布,滑床抗力呈上大下小的三角形分布,且随加载量的增加合力作用点逐渐向滑面靠近;微型桩于滑面附近发生破坏,其破坏模式可判断为弯剪破坏。     

微型桩加固长大缓倾裂隙土边坡模型试验

南水北调工程中大量膨胀土边坡因其内部的长大缓倾裂隙而发生滑动,其抢险与加固工程中微型桩取得了较好的应用效果。研究微型桩加固长大缓倾裂隙土边坡的加固机制及其参数影响,对此类工程的微型桩加固设计具有重要意义。以微型桩加固膨胀土边坡的实际工程为背景,采取对边坡滑体沿裂隙面平行方向施加推力的方式,开展了不同缓倾裂隙面角度的未加桩边坡推移破坏试验,并以桩长、排间距和桩位为影响参数,进行了微型桩加固长大缓倾裂隙土边坡的参数影响模型试验,对边坡的位移特征以及微型桩的受力特性与加固效应进行了分析。结果表明：微型桩对于缓倾裂隙边坡具有较好的抗滑加固效果,能够将抗滑阻力维持在较高的水平。微型桩能提供的抗滑阻力随桩长（锚固比）增加而增加,但提升效率随桩长增加而减小。建议布置在边坡上1/3处的微型桩锚固比取值为0.5,布置在边坡下1/3处的微型桩锚固比取值不小于0.65。桩身弯矩与剪力均呈反S形分布,最大值均位于裂隙面附近。双排桩使得边坡抵抗破坏的韧性增强,当排距为200 mm(10倍桩径)时,前后排桩协调较好,均能较为充分地发挥抗滑作用,对边坡抗滑推力提升较大。     

钢管抗滑短桩受力特性物理模型试验研究

为研究钢管抗滑短桩加固滑坡体的受力特性,在中国地质调查局地质灾害防治技术中心完成了4组不同桩长的钢管抗滑短桩加固碎石土滑坡的室内物理模型试验。测试堆载施加的滑坡推力作用下桩后、前土压力和桩身应变,观察滑体前缘变形破坏形态,分析滑坡推力、桩前土体抗力和桩身弯矩的分布规律试验。结果表明,滑坡推力的分布和桩前土体抗力和桩身弯矩是“S”型分布,确定了抗滑短桩的危险截面。对比分析桩长变化钢管抗滑短桩的受力特性,初步拟定钢管短桩能发挥抗滑效果的桩长下限值,即钢管抗滑短桩位于滑体中的长度应不小于滑体厚度的2/3。     

嵌岩桩抗滑特性的物理模型试验研究

进行嵌岩桩与滑坡体相互作用的框架式滑坡物理模型试验,根据微型土压力盒和电阻应变计的监测数据,分别研究滑坡推力作用下模型桩的受力特征、桩身弯矩分布规律及模型变形破坏模式。试验结果表明,嵌岩桩加固后的滑坡,桩后推力随深度的增加呈抛物线型分布形式,合力作用点约在滑动面以上模型桩自由段的1/2处;嵌岩模型桩有明显的抗滑特性,承担了大部分桩后推力,传递至桩前土压力值较小且稳定;模型桩的桩身弯矩分布形式不同于普通抗滑桩弯矩分布形式,自由段埋深0~15 cm范围内为主要弯矩承受区域,最大弯矩截面位于滑面上模型桩自由段1/3处,滑动面处桩身弯矩绝对值较小;滑坡模型在沿滑面推力加载作用下发生桩后滑体越桩滑动破坏。该试验成果为嵌岩桩的抗滑特性研究提供了科学依据,可为该类型抗滑桩设计提供一定的指导性建议。     

三排微型桩加固碎石土滑坡物理模型试验研究

通过3组不同桩间距下三排微型桩加固碎石土滑坡室内模型试验,研究微型桩受力变形特性和滑坡推力传递规律。试验结果表明:滑坡推力和桩身弯矩沿桩埋深方向呈自上而下逐渐增大趋势;桩间距为5d时,微型桩群与桩间土体协同作用效果最理想,桩顶位移最小,滑坡推力在排桩间分布最合理,其传递系数α,β分别在（0.54,0.71）和（0.27,0.49）间取值,桩群能承受的滑坡推力最大,抗滑效果越好。     

高压注浆钢花管微型桩抗滑特性足尺模型试验研究

为了探讨高压注浆钢花管微型桩在真实受力状态下的抗滑特性,开展了高压注浆钢花管微型单桩和群桩加固滑坡的足尺模型试验,以及重力注浆微型单桩加固滑坡的对比试验。结果表明:高压注浆能够劈裂桩周土体,在滑动带形成树根状的胶结体,显著地改善滑坡土体的力学性能,增强桩体抵抗变形的能力,减小桩体的弯曲变形,致使滑动带土体抗剪强度增加了152.5%;较重力注浆微型桩,高压注浆钢花管微型单、群桩加固滑坡的水平极限荷载分别提高了37.8%、71.2%;极限状态条件下,高压注浆钢花管群桩中后排桩承受的水平推力和弯矩最大,前排桩次之,中间桩最小,从坡体后缘向前缘弯矩最大位置处桩身混凝土由挤压破坏转变为张拉破坏。     

Field loading tests of screw micropiles under axial cyclic and monotonic loads

Unlike conventional grouted micropiles, screw micropiles have been recently introduced to the foundation industry. Full-scale field tests of screw micropiles were carried out at a cohesive soil site. The screw micropiles have a diameter varying from 76 to 114 mm and a length varying from 1.6 to 3 m, and spiral threads welded on the lower half of the steel tubular shaft. Site investigation from cone penetration tests (CPT) and laboratory testing implies that the soil was medium to stiff, low plasticity clay. Six axial monotonic and three axial cyclic load tests were performed on three micropiles. One micropile was instrumented with strain gauges to investigate the shaft load distribution during loading. The axial cyclic loading was intended to simulate cyclic inertia load during vertical ground motions. Results showed that the micropiles behave as frictional piles during monotonic tests; the unit shaft resistance and adhesion coefficient were calculated and compared with results in the literature. The end installation torque was estimated using CPT shaft resistance and was shown to agree reasonably with the measured torque. Under axial cyclic loading, the micropiles underwent small cumulative displacements and the magnitude of the displacement decreased with increasing pile length and diameter. Cyclic loading redistributed the load transfer along different segments of the micropile. Negative skin resistance was observed along the smooth pile shaft when the pile underwent decreasing axial loading.

     

微型桩的被动锚固作用机理

在总结前人对微型桩研究成果的基础上,通过室内试验研究了微型桩支护体系的水平支挡作用,提出为了提高滑体的锚固力、降低滑体变形,可以在桩顶设置与桩刚性连接或铰接的混凝土顶梁;通过模型分析,详细论述了微型桩加固滑坡的被动锚固机理,推导了钢材强度控制下的锚固力计算公式;与锚杆(索)的锚固相比较,提出了微型桩治理滑坡时,滑面以下的锚固段在岩层中要确保6 m以上,而在土层中要确保8 m以上,此时微型桩的锚固力由钢材强度控制的锚固力C和地层所能提供的锚固力T_u中的最小值确定;通过工程实例分析,证明了微型桩治理滑坡的可行性与计算方法的可靠性。      

Analysis of the shape effect on the axial performance of a waveform micropile by centrifuge model tests

A new type of micropile, the waveform micropile, has been developed to provide improved load-bearing capacity compared with that of a conventional micropile. The waveform micropile has a wave-shaped grout with a partially enlarged shear key formed by the jet grouting method on the cylindrical shaft of the micropile. Previous research has determined that the waveform micropile can be installed faster than the conventional micropile and that the bearing capacity increases as the wave-shaped grout provides additional shaft resistance between the ground and the grout. In this study, a series of centrifuge model tests were conducted on the waveform micropile model with various wave-shaped grouts to analyze the relationship between the arrangement of the shear key and the load-bearing mechanism of the waveform micropile. The load–settlement relationship and the load-transfer mechanism were analyzed based on the test results of six test micropiles, including three waveform micropiles with a single shear key at various depths, one waveform micropile with a multiple shear key along the pile depth, and two micropiles with only a cylindrical shape. The test results showed that the ultimate bearing capacity of the waveform micropile was over two times greater than that of the conventional micropile. The rate of increase in the bearing capacities of each waveform micropile differed with the shape of the shear key. Furthermore, the characteristics of the load-sharing ratio due to the shaft resistance and end bearing varied depending on the shape of the waveform micropiles.

     

一种微型桩组合抗滑结构内力分析方法

微型桩组合抗滑结构是指把若干根以一定间距排列的微型桩在顶部用板体连接起来,以抵抗滑坡推力的一种新型支挡加固结构。因其具有桩径小、施工快捷、施工人员安全保障高、经济性好等优点,可用于中小型边（滑）坡的治理工程中,尤其是快速抢险工程。根据此种结构的一般受力特征,在计算桩体内力时,提出把该结构在滑面以上的部分视为在滑坡推力作用下的刚架结构,等效分解后对各桩按弹性地基梁利用m法进行解析,其间考虑了受荷段桩间岩土体对桩的推力作用,各桩体在滑面以下的部分视为弹性桩利用k法进一步计算,于是按照先分析上半部分再计算下半部分的方法可确定出该结构内力。分析结果表明,各微型桩承受轴力、弯矩和剪力,其中轴力作用更为主要。以该类结构在四川省广巴高速公路路堑边坡工程中实际应用为例,通过试验说明了所提算法的合理性。     

微型抗滑桩单桩设计计算模型及算法研究

考虑微型桩与周围岩土体间摩擦力的作用,提出了一种新的微型抗滑桩单桩设计计算模型,并给出了具体算法。由微型桩加固滑坡体的变形特点,分析微型桩与岩土体之间的相互作用机制,将微型桩与周围岩土体的摩擦作用引入其受力分析中;根据微型桩上各部分受力特点的不同,将微型桩分成上部摩擦受拉段、中部滑坡推力作用段和下部锚固段3段进行分析,推导了微型桩总的变形控制方程及各分段的变形控制方程;采用初参数法对控制方程进行求解,得到了微型抗滑桩上的内力分布及变形规律。计算结果表明,在滑坡推力作用下,微型桩的变形主要发生在滑面附近及以上桩段,滑面附近桩段将产生较大的内力和弯曲变形,受拉段弯曲变形较小,近似水平移动;桩与岩土体间的摩擦力是微型桩与周围岩土体相互作用的重要组成部分,摩擦力的作用能显著减小微型桩的弯曲变形,有效控制滑坡体的位移。     

单排与三排微型抗滑桩大型模型试验研究

为了得到土质边坡中微型抗滑桩的破坏机制及边坡的破坏模式,通过3组大型物理模型试验对单排与三排微型抗滑桩加固黏性土边坡进行了研究。在加载过程中进行了位移和桩体应变的测量,最后进行开挖观察桩体破坏形态。试验结果表明,三排微型桩具有良好的抗滑效果,其承载力较单排桩提高了51.5%,且允许滑体产生较大位移,有效延缓坡体垮塌,适用于应急抢修工程。边坡会在加桩位置向前产生弧形次生滑面,并与预设滑面贯通;对于三排桩,第3排桩前出现桩土脱空区,坡面产生纵向劈裂缝。桩体变形呈S形,发生弯曲变形引起张拉与压剪破坏,而不是岩质边坡中滑面处的受剪断裂破坏。桩身所受最大弯矩分布于滑面以上,对于三排桩,第1排所受弯矩最大,第3排其次,第2排最小。其研究结果对了解微型桩的抗滑和破坏机制具有参考意义。