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。     

渐进式滑坡锚索抗滑桩预应力张拉值计算

依据渐进式滑坡蠕变特点，现有锚索抗滑桩计算模型针对渐进式滑坡桩–锚–土三者相互作用过程考虑较少。针对这一问题，将渐进式滑坡缓慢失稳的变形特征和预应力锚索抗滑桩从空载到满载动态工作过程相结合，利用Winkler弹性地基梁理论，优化了锚索抗滑桩桩–锚变形协调条件，考虑桩后土压力渐进变化过程，构建不同工况桩–锚–土协同工作的计算模型，推导了预应力锚索抗滑桩施工阶段初张拉值的计算方法。结合工程算例和有限元软件数值模拟结果，为获取较高精度的计算数值，采用MATLAB软件编译程序进行计算分析。结果表明：1）渐进式滑坡“稳定–蠕动–失稳”阶段性变形特点决定了预应力锚索抗滑桩“空载–加载–满载”三阶段桩–锚动态内力变形过程，明确了各阶段桩后可能存在的土压力模型，单纯进行满载阶段锚索拉力设计不符合渐进式滑坡实际作用机理，进一步证明施工阶段锚索预应力张拉值设计的重要性；2）渐进式滑坡推力由尚未产生的初始空载阶段至完全作用的满载阶段，两阶段并非互相独立存在，二者通过桩–锚变形协调条件相互作用，表明了施工阶段抗滑桩预应力张拉力值大小受满载阶段桩锚内力及变形大小的影响；3）依据渐进式滑坡锚索抗滑桩动态内力变形过程，保证抗滑桩受荷段和锚固段内力大小均衡相等，优化了满载阶段全桩弯矩平衡设计原则，确立了以静止土压力作为施工阶段预应力张拉值设计标准，对比表明，此计算方法优于其余4种现有算法，同时有限元数值模拟结果与本文算法贴合度较高，进一步验证了此计算方法的合理性和可靠性。研究成果可为渐进式滑坡中预应力锚索抗滑桩的设计计算和施工提供技术指导。     

基于BOTDR监测技术抗滑桩上滑坡推力确定

针对目前滑坡推力确定方法研究中存在的问题及滑坡推力特征监测的要求,提出基于BOTDR监测数据确定滑坡推力的计算分析方法.通过在抗滑桩桩体内布置光纤传感器,监测抗滑桩在滑坡推力作用下的连续变形;应用抗滑桩桩身应变、弯矩及抗滑桩受力之间的函数关系,计算作用在抗滑桩上的水平推力.结果表明：利用BOTDR监测数据不但能够确定抗滑桩上作用滑坡推力的分布形式和大小,还能确定整个抗滑桩上的受力及滑面埋深.依据计算结果分析,同一排抗滑桩上的滑坡推力分布具有明显的分段特征,滑坡推力分布形式差别较大,靠近滑坡主轴线的中心段,滑坡推力最大,分布近似抛物线形;边缘段滑坡推力作用最弱,从边缘至中心段滑坡推力方向发生了偏转.     

地震荷载作用下抗滑桩嵌固深度的研究

国内外对地震荷载作用下碎石土边坡抗滑桩的最佳嵌固深度研究很少,以往抗滑桩嵌固深度的确定还主要采用经验方法。以云南省文天公路K123+920～+950段的南温碎石土滑坡为研究对象,采用物理模型试验方法,通过对滑坡地质力学条件分析,建立抗滑桩相似试验模型,进行地震荷载作用下抗滑桩不同嵌固深度的变形破坏试验研究,获取抗滑桩变形试验数据。运用传递系数法,分析地震荷载作用下抗滑桩承受的水平荷载与桩体位移的相互关系,确定了碎石土滑坡在一定的滑坡推力条件下,抗滑桩的最佳嵌固深度,最后建立碎石土边坡中抗滑桩最佳嵌固深度的经验判别式。此判别式可作为不同强度下碎石土滑坡中抗滑桩最佳嵌固深度的设计提供参考,也可为地震荷载作用下最佳嵌固深度验算提供帮助。     

滑坡设计推力优化计算

针对滑带参数取值与解决常规滑坡设计推力不确定性的问题,在滑带土本构方程的基础上,引入渐变软化段位置函数和规模放大系数反映实际滑带土的时效性.提出基于监测位移确定各点滑带土强度的量化方法,推导考虑桩土耦合作用的不平衡推力改进法.以攀枝花机场某滑坡为例,对不平衡推力改进法与传统不平衡推力法进行对比.结果表明：利用不平衡推力改进法求得的滑坡推力介于传统不平衡推力法的显示解和隐示解之间;随着桩处滑面倾角的增大,抗滑桩推力增大;随着安全系数的增加,利用改进显示法得到的抗滑桩推力较大,利用改进隐示法得到的抗滑桩推力较小.     

不同锚固深度对双排抗滑桩稳定性及内力的影响

基于FLAC3D建立简化的双排抗滑桩数值计算模型,考虑桩土相互作用,通过在滑坡体边界施加荷载的方法模拟作用在抗滑桩上的水平推力,系统研究抗滑桩锚固深度改变对双排抗滑桩稳定性及桩身内力的影响.研究发现,前、后排抗滑桩锚固深度的变化对双排桩桩身变形、弯矩、剪力有显著影响:锚固深度变化对前、后两排抗滑桩的桩身变形均有较大影响且前排抗滑桩锚固深度改变对桩体变形的影响大于后排桩,但适当减少前排桩锚固深度对双排抗滑桩整体稳定性影响不大;后排桩锚固深度的改变对双排抗滑桩桩身弯矩及剪力的影响大于前排桩锚固深度的改变.因此,选取合理的双排抗滑桩锚固深度能够在确保加固效果的同时减小工程投资.     

空间弧形抗滑桩支护结构模型试验及参数分析

为充分利用边坡滑体周围的稳定土体，改善抗滑桩受力状态，本文通过室内模型试验，对空间弧形抗滑桩支护结构的受力状态、荷载传递规律和桩前土压力进行分析；并建立有限元模型，考虑冠梁刚度和桩位对抗滑桩受力状态和边坡整体稳定性的影响。结果表明：在整个支护结构中，冠梁可约束抗滑桩，改善抗滑桩受力状态，协调桩间位移，并将荷载向两侧桩体传递；通过增大冠梁刚度可进一步改善桩体受力状态，但无法进一步约束桩顶位移；边桩桩前土压力最大，其峰值是其他桩体土压力峰值的2倍以上，沿桩身高度不断增大，抗滑结构中的边桩位于坡脚时，可最大程度利用稳定土体的抗力，边坡整体稳定性最强。研究结果可为滑坡的治理方法以及抗滑桩支护结构的优化提供一种基本可行的新思路。     

门架式抗滑桩结构模型试验研究

为了对门架式抗滑桩的结构特性有进一步的认识和提升,进行了门架式抗滑桩三维地质力学模型试验与门架式抗滑桩结构模型试验。通过在桩身内部贴置应变片以及桩身的关键位置处放置千分表,来测量在推力荷载施加过程中,门架式抗滑桩的桩身应力变化特点及关键位置点的位移变化特征。试验结果表明：门架式抗滑桩桩前、后排桩桩顶位移大于滑动面处位移,后排桩桩身位移大于前排桩桩身位移;前、后排桩桩身内力均呈现明显的“s”型分布,桩顶应力不为零,其数值随着推力荷载的增大的而增大。     

Ito塑性变形理论的抗滑桩临界桩间距分析

日本学者Ito与Matsui（1975）提出的塑性变形理论,在抗滑桩加固边坡分析中得到了广泛的应用.该理论不但考虑了桩径和桩间距,而且很好地考虑了滑坡中桩-土的相互作用,但是对临界桩间距没有明确的界定.实际情况表明滑坡推力是通过桩间土拱向桩传递的,桩间成拱效应又受桩间距的影响,因此研究抗滑桩在支挡边坡工程中的土拱效应和临界桩间距有其理论与现实意义,本文将结合此理论桩间的破坏形式,对临界桩间距进行分析,给出合理的临界桩间距以指导抗滑桩加固边坡设计.     

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。     

锚拉抗滑桩有限杆单元计算及最优锚拉力研究

针对工程滑坡中岩土性质的具体情况,假定地基系数满足线性增长规律,考虑桩身自重的影响,得出斜向锚索荷载、滑坡推力以及锚固段抗力共同作用下的抗滑桩计算分析的有限杆单元分析计算方法。结合具体实例,对上述方法进行了验证,同时探讨了在无预应力锚索和不同锚索力作用下抗滑桩的受力特性。分析结果表明,预应力锚索的使用对抗滑桩的受力状况有较大的改善,并且施加于锚索上的预应力为0.3倍剩余下滑力时,抗滑桩的受力最合理。     

盐津变电所滑坡工程治理及FLAC3D数值模拟分析

2005年5月,正在施工中的220 kV盐津变电所西南面挖方边坡,发生上部覆盖层顺基岩面滑动挤出,设计单位迅速采取了在滑坡前缘填土加载抗滑的临时应急措施,并在滑坡变形趋于稳定后采用锚杆抗滑桩进行永久性抗滑处理.同年7月,变电所北面填方斜坡向北临空面发生滑动,直接威胁到变电所的整体安全和110 kV出线终端塔的安全.针对该滑坡,采用了抗滑桩结合排水沟措施进行整治,并进行了三维数值仿真模拟,结果分析显示,填方边坡的抗滑治理措施是安全有效的.     

双排桩多层土拱效应分析及计算理论

为了解决滑坡推力在双排桩上的分配及前排桩桩土土抗力确定等问题,从双排桩的多层土拱效应入手,分析了2种类型的土拱(端承拱、摩擦拱)在拱脚处的力学特性,推导出2种类型的土拱所能承载的极限承载力,然后对滑坡推力在前排桩的分配、桩前土抗力、前后排桩间距等问题进行研究分析,得到如下结论:当双排桩能够完全抵挡滑坡推力时,桩前土抗力几乎不存在,后排桩承担的滑坡推力大于前排桩承载的滑坡推力;当双排桩不能够完全抵挡滑坡推力,桩前土体存在抗力,前、后排桩承载的滑坡推力相同;且前、后排桩间距不应小于前排桩端承拱的矢高加半个拱厚.最后通过算例对得出的结论进行了验证.     

库水位周期波动对抗滑桩加固效果影响研究

以安康水库东岸马家坡滑坡为研究对象,采用现场调查、室内试验、数值模拟等方法,对比分析了岩土体物理力学性质在不同饱水-失水循环次数下的劣化趋势,验证支护设计的合理性及安全性,研究水库水位周期性波动对于抗滑桩加固效果的影响。得出主要结论如下:(1)滑体及滑带的主要成分即强风化千枚岩在饱水-失水循环条件下,物理力学性质产生明显的劣化现象,呈现出先快速下降后缓慢下降的趋势;(2)坡体中前部设置抗滑桩后,坡体稳定性有了较大的提高,但随着水位变化次数增多,抗滑桩的加固效果不断弱化,且弱化速度为先快后缓;(3)随着水位循环次数的增加,位移及塑性应变带逐渐后移至滑坡后缘处,滑带处桩身受到的作用力最大且其值缓慢增大。     

G4216仁沐新高速公路新市互通区巨型滑坡处治方案

G4216线仁寿经沐川至新市高速公路止点发育多处巨型滑坡,且新市镇作为仁沐新高速、宜新高速、新金高速、串新高速等4条高速公路转换的重要结点,有设落地互通的需求;因此给新市互通区的工程防护、处治设计提出了巨大挑战。在室内试验结合工程现状反算的基础上综合确定滑带土力学参数,再通过滑坡剩余推力计算,得到主滑断面最大剩余下滑力为16 720 kN/m,远超支挡结构提供的极限抗滑强度。结合互通区构造物设计、路基标高、滑坡推力等因素确定了分区处治方案:清方减载实现整体稳定;前缘设桩加固次级滑面;后缘设锚杆(索)加固清方形成的高边坡;采用小截面抗滑桩支挡顶部中小型滑坡;结合坡面截排水措施共同防护。     

基于传递系数法确定支护桩设计推力的新方法

针对目前传递系数法用于计算桩后滑坡推力是可行的,但不能计算桩前抗力确定支护桩设计推力的问题,提出了一种基于传递系数法支护桩设计推力计算的新方法：利用传递系数法的思想,在工程安全要求条件下,从上往下分析各条块的剩余下滑力,同时逆向计算各条块的剩余抗滑力,支护桩设置处剩余下滑力与剩余抗滑力在水平方向上的差值即为支护桩的设计推力值,并给出了相应设计推力表达式,通过与其他计算方法比较,证明了该方法的合理性。该法不需要考虑推力传递系数或修正量,直接给出了设计推力的表达式,计算简便,实用性强。     

边坡治理中h型支挡结构的应用与分析方法研究

边坡h型支挡结构桩土协同作用机理复杂,尚未形成一套科学合理的工程设计评价方法,基于刚性联系梁假定以及前、后桩与桩间土协同作用机理,建立了h型支挡结构受荷分析模型,根据Euler-Bernoulli梁理论结合桩周线性土弹簧提出了前、后桩全桩挠曲微分控制方程,保证了桩身变形在滑面处的变形协调关系,利用中心差分格式及矩阵运算方程组对h型结构全桩内力及变形进行了求解,最后基于克枯滑坡h型支挡结构工程设计案例,通过有限元模型与理论分析模型对比,发现二者计算的桩身最大弯矩与剪力误差在5%以内,验证了文中所提方法的可靠性,可满足h型支挡结构的工程设计需求。     

锚索抗滑桩系统内力变形研究

在对锚索抗滑桩系统内锚索与抗滑桩受力状态综合分析的基础上，认为锚索的拉伸变形对锚索抗滑桩系统的内力及变形存在一定影响，基于锚索与抗滑桩的变形协调原理，提出了锚索拉力及其变形的计算方法，推导了抗滑桩桩身位移和内力的计算公式，并将该方法用于工程实例分析。通过与其他方法比较，说明使用该方法计算锚索抗滑桩的合理性和经济价值，并分析了锚索变形以及拉力大小对锚索抗滑桩系统内力变形的影响，所得结果已得到后期模型试验的数据支持。     

浅埋偏压隧道边坡稳定性分析

基于有限元软件建立三维弹塑性模型，依托某隧道边坡工程，探讨了"锚杆+抗滑桩"联合支护参数对边坡稳定安全系数以及最大剪应变的影响，进而得到最佳支护方案。通过现场监测结合数值模拟，对比了有无该支护方案下边坡及隧道的围岩变形特征，利用抗滑桩应力与锚杆轴力的分布特征，再次明确该方案的支护效应。结果表明：最佳支护方案为方案A （抗滑桩14 m、锚杆14 m），支护后的边坡安全系数显著提高，抗滑桩与锚杆相比对边坡的安全系数影响更大；相较于无加固工况，联合支护下边坡的水平位移与竖直位移显著降低，土体变形区范围明显缩小；抗滑桩体主要承受压应力，最大值出现在桩中部，总体呈现"中端大，上下两端小"的分布模式；锚杆轴力随着锚固深度增加呈现线性减少趋势；隧道变形实测数据与数值模拟结果基本吻合，联合支护方案对控制隧道变形有显著效果。