抗滑桩加固斜坡软弱地基路堤的数值模拟

在路堤荷载作用下,斜坡软弱地基易产生侧向变形过大、滑塌失稳等病害。路堤下坡脚处采用钢筋混凝土抗滑桩,以有效限制地基侧向变形,是斜坡软弱地基路堤的核心设计原则。采用三维快速拉格朗日有限差分法,经与室内土工离心模型试验成果对比、校核,建立抗滑桩加固斜坡软弱地基路堤的精细化数值分析模型,研究抗滑桩桩距、桩长、桩身弹性模量、桩身横截面尺寸及桩位等设计参数对其内力、变位的影响。研究表明：下坡脚处实施抗滑桩可显著约束斜坡软弱地基侧向变形;需综合考虑桩身受力、经济性、施工等因素确定合理的桩距;桩长应深入滑移面以下,但随着桩长的增长,加固效果增长不明显;随着桩身弹性模量、桩身横截面尺寸的增加,抗滑桩的加固效果得到一定提高;抗滑桩宜设置在下坡侧路堤边坡的中部。     

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。     

桩前溶洞对抗滑桩嵌固端稳定性影响物理模型试验研究

随着抗滑桩在工程中的大量运用,岩溶区抗滑桩嵌固端稳定性问题日益突出。当抗滑桩桩前存在溶洞时,溶洞在水平荷载下可能会发生变形,导致抗滑桩嵌固端失去稳定性。本文基于相似模型理论,建立了抗滑桩嵌岩段桩前存在两种不同形状溶洞（长轴方向水平和长轴方向竖直）试验模型。利用水平加载试验,针对椭圆形桩前溶洞对抗滑桩嵌固端的稳定性影响进行了研究,获得以下相关结论:溶洞长轴方向为竖直的试验模型嵌岩体变形分为弹性变形、裂纹稳定扩展及加速扩展三个阶段,加载到破坏荷载时溶洞顶板产生隆起破坏,最终形成的顶板处破坏断面与水平方向成45°左右;桩前溶洞长轴方向为水平的试验模型在达到溶洞长轴方向为竖直的模型破坏荷载增大一级荷载时,嵌固端保持整体稳定;相比于横长轴溶洞,纵长轴溶洞的存在更显著的降低了抗滑桩嵌固端的承载力,且溶洞顶板厚度越小,对抗滑桩嵌固端承载力影响越大,破坏形式为溶洞顶板受压破坏;基于极限平衡法,提出了桩前存在溶洞时嵌固端承载力验算方法,并对验算方法进行了验证。      

考虑空间协同作用框架式抗滑桩的计算方法

基于空间协同作用的框架式抗滑桩力学分析模型考虑了桩、梁、岩土之间的相互作用及桩间土拱效应, 运用空间协同分析机理对框架式抗滑桩结构的内力和变形规律进行分析, 较好的弥补了当前主要采用桩土效应对多排抗滑桩进行受力分析的局限性.根据框架式抗滑桩受力模型的基本假定, 采用分段计算方法, 以框架式抗滑桩的滑动面为分界将桩体结构分为两段, 综合运用土拱效应、平衡协调原理及弹性地基梁方法, 分别建立框架式抗滑桩上下部分的受力计算方程, 给出该模型受力计算的数学解析方程组求解法, 并采用MATLAB对方程组进行编程计算, 结合工程实例的实验结果进行对比分析该数学解析法的正确性.      

基于振动台试验的抗滑桩加固斜坡桥基研究

基于工程实践中研究斜坡桥基抗震加固的需要,设计并完成前后排抗滑桩加固滑坡桥基的振动台模型试验。通过加载不同频率、加速度峰值的正弦波,分析振动时桥墩基桩、抗滑桩的受力变形规律,探讨滑坡破坏发展过程和动力响应特性。试验结果显示,前后排抗滑桩均应与桥基保持合理距离,有利于桥墩基础的受力变形;受桥梁上部结构的动力影响,桥墩基桩应变沿桩深衰减,衰减速度与土体抗力相关;当后排抗滑桩开裂后,桩身应变骤降,桩后土压力出现卸荷效应,但抗滑桩仍有潜在的承载能力,同时滑坡从稳定性最差的区域开始破坏,逐渐产生频段耦合效应,在后排抗滑桩达到承载极限前,频段耦合效应显著,达到承载极限后,卸荷效应显著。     

多次分段注浆钢花管单桩抗滑性能模型试验研究

采用现场原型试验,从滑坡推力、桩身土压力、桩身弯矩等方面研究了多次分段注浆钢花管单桩的抗滑性能,分析了多次分段注浆钢花管注浆效果和破坏模式。试验结果表明：采用多次分段控制注浆技术,钢花管周边形成“树根状”水泥柱复合抗滑体,这种结构可以有效提高桩周土体抗剪强度,有效地增强了钢花管单桩结构的抗滑性能。6.0 m桩长的多次分段注浆钢花管,与常规钢花管相比,单桩水平抗滑力提高了35 kN,其水平承载力相比常规钢花管提高约50.72%,更好地阻止了滑坡的产生,钢花管在滑坡推力作用下发生弯曲破坏,最大弯矩值出现在滑面附近,因此,建议在结构设计中加强滑面附近的桩体配筋设计,以增强滑面附近的抗弯破坏能力,从而达到更好的抗滑效果。     

特殊截面抗滑桩受力特征与土拱效应分析

对于传统矩形截面抗滑桩的受力而言,由于混凝土抗压不抗拉的力学性质,使截面受拉区的混凝土没有发挥出最大效用。通过对矩形截面形状的改变,即把受拉区面积减小和受压区面积增大,进一步利用了混凝土在截面中的抗压性能,使得抗滑桩截面的抗弯承载力和抗弯刚度都得到了提升,并通过计算,验证了此说法。截面形状的改变,也使得桩间土拱受力发生了改变,即从以前的一个土拱,变为了由一个主要拱和一个次要拱来共同承担,对桩间土拱效应有一定增强。通过对矩形截面和特殊截面抗滑桩的数值模拟对比分析,论证了桩间土拱效应在截面改变后得到增强的观点,也表明特殊截面抗滑桩降低了土体从桩间滑出的可能性,可为抗滑桩的传统设计提供理论参考。     

锚索桩的主动支护作用及桩身初始内力分析

预应力锚索桩在桩身施工完毕且锚索施加了初始预应力时,因滑坡推力未及作用于桩上,初始预应力即刻对受荷段桩背的岩土体产生迎滑动方向反推的一种主动支护效应,同时使桩身产生初始内力。基于受荷段桩背岩土水平反力模数为常数的单向Winkler弹性地基梁模型,以及嵌入段桩周岩土水平反力双参数模式的Winkler弹性地基梁模型,以受荷段桩身挠曲线的有限差分式与嵌入段挠曲线的解析通解改进式在滑面处的协调条件联立,推导了锚索初始预应力所产生主动支护效果的半解析定量计算和桩身初始内力求解方法,该方法有助于建立应急抢险或施工期,锚索桩工程对滑坡稳定性及时作用的评估。     

基于复合抗滑桩模型加固边坡稳定性分析

数值分析方法能够同时考虑抗滑桩的受力行为及加固边坡稳定性,是研究抗滑桩加固边坡稳定性的重要手段。但在数值模拟计算中,尚未形成一种建模易、精度高和计算快的抗滑桩数值模拟模型。因此,提出一种复合单元抗滑桩模型,基于该模型系统研究抗滑桩顶部自由和固定约束条件下,不同桩位、间距等设计参数对抗滑桩加固边坡效果的影响以及抗滑桩潜在失效模式,研究结果表明,复合单元抗滑桩模型可以真实地模拟桩的力学性能,计算精度高且计算结果不受单元网格疏密的影响。抗滑桩布置在边坡中部时,加固边坡安全系数最大,越靠近边坡两端,加固边坡安全系数越小。当桩间距S≤3D时,边坡潜在滑面被分为两个独立部分,桩间土形成明显应力拱,当桩间距S≥4D时,桩间中心土体塑性剪切带完全贯通,桩间土体形成反向应力拱。桩顶自由和固定约束时,抗滑桩分别布置在边坡中部(Lx/L=0.5)和边坡中下部(Lx/L=0.3)时,抗滑桩易发生弯曲破坏。研究结果对抗滑桩加固边坡工程设计具有指导意义。