“品”字型抗滑桩治理锁儿头滑坡效果分析

“品”字型抗滑桩防治方案用于治理锁儿头滑坡,为评价其治理效果,采用FLAC~(3D)软件进行数值模拟,对比分析采用“品”字型抗滑桩治理滑坡和不采取支挡措施时滑坡体的应力、位移的大小、变化情况。研究表明,采取抗滑桩支挡措施后滑坡整体位移减小,且对坡脚稳定的治理效果较佳;在10m平台以上坡体应力较为集中,在不利荷载情况下可能会发生局部滑塌,为增加安全储备,可采取挡土墙支挡措施处理;“品”字型抗滑桩挡土侧桩受力均匀,前排桩位移明显小于后排桩,为了使抗滑桩受力更加合理,在设计时可采取适当加大前后排桩间距或减小前排桩截面的方式优化。     

近海复杂环境下的H-M-T受荷桩内力位移分析

为探讨近海复杂恶劣环境(台风超强风力、车辆冲击力或地震产生的复杂力等)下水平力H、弯矩M及扭矩T共同作用时的基桩桩身内力变形特性,基于传统有限杆单元法思想,获得了H-M-T受荷桩的基本单元刚度矩阵。然后,基于m法考虑桩周地基土的侧向约束作用,并计入H-M-T耦合效应,采用凝聚方法导得了具有简洁统一形式的桩身杆单元刚度矩阵,由此建立水平力、弯矩和扭矩组合作用下的桩身内力位移有限杆单元法计算模型,进而采用MATLAB编制出相应的分析计算程序。最后,结合近海工程算例进行了分析。结果表明:1文中提出的改进有限杆单元法能考虑桩周地基土的分层特性、不同边界条件及H-M-T的耦合效应;2相比单一考虑水平受荷,扭矩的存在加大了桩身的位移和内力;3H-M-T复杂受荷模式下,荷载传递存在有效传递深度,当相对深度z/L超过0.5后,桩身弯矩和剪力趋近于零,而扭矩显著减小。     

微型桩-锚组合抗滑新结构支挡效果的数值分析

针对微型桩加固滑坡时抗弯强度不足的缺陷,在类叉形微型桩组合结构的基础上引入预应力锚索,提出了一种微型桩-锚组合抗滑新结构。为验证其加固效果,基于斜坡应力状态变化理论,利用有限差分软件FLAC3D,分析了某边坡处于临滑状态时有无微型桩-锚结构加固的变形位移及应力分布特征。结果表明:1滑动状态下,坡体下部位移、应力水平大于上部,判断为牵引式滑坡;2新结构在布设位置产生较大局部应力集中,形成了一个结构-土空间骨架结构,在复合体系作用下滑坡体位移及中下部应力集中得到有效控制,尤其是在坡脚附近,主应力差、剪应变增量明显减小;3预应力锚索可以有效改善结构的整体受荷能力并减小桩身弯矩峰值;4该新结构轻型、环保、抗弯承载力高,可较好地满足边坡病害快速治理工程的需要。     

桩端约束对桩身热力学特性影响的模拟分析

能量桩是一种在传递上部建筑荷载的同时承担地热能源传热器作用的新技术。实际运行过程中,桩身温度发生变化导致桩体膨胀或收缩;桩周及桩端土体对桩身的自由膨胀约束作用,使桩体内会产生附加应力。基于模型试验和数值模拟方法,开展冷-热温度循环荷载作用下桩基在不同桩端约束条件下的桩身应力和位移特性研究。结果表明,温度荷载作用下桩体最大应力出现在桩身中部;加热阶段桩端约束对桩身应力分布影响比制冷时大;桩身位移变化规律受温度与桩端约束的共同影响,温度变化量增加,桩身上部位移变化量变大,下部位移受影响较小。     

模拟降雨作用桩锚-加筋土组合结构加固边坡研究

桩锚—加筋土组合支挡结构在治理大型复杂滑坡中发挥越来越重要的角色。以某高填方山区机场滑坡为原型,进行降雨作用对桩锚—加筋土组合支挡结构加固边坡稳定性的模型试验研究。结果表明:①桩顶位移随注水时间产生三个阶段的变化:初期平缓发展阶段、突变增加阶段、再次平缓发展阶段。后排悬臂式桩桩顶位移变化量明显大于前排埋入式桩,因此,多排锚索抗滑桩加固边坡设计时,在后排桩悬臂情况下,宜考虑后排桩比前排桩截面尺寸大、锚索间距小来减小其桩顶位移,增强坡体稳定性;②填方边坡位移随注水时间变化,坡顶一级边坡位移量最大,随边坡级数增加,位移量减小,因此多级边坡加固可适当增加边坡锚索框架;③填方坡体沉降量随注水时间表现出后缘大、前缘小的趋势;④加筋土的变形与边坡坡体的变形一致,表明加筋土能够增强填方边坡的整体性;⑤各监测曲线最终均趋于平缓,表明桩、锚和加筋土组合支挡结构体系性能发挥良好。     

基于抗滑桩内力计算方法——“K”法的滑坡稳定性预警判据研究

近年来,发现部分采用抗滑桩工程治理后的高速公路滑坡支护结构失效现象时有发生,而公路沿线工程治理后滑坡的稳定性监测评估工作仍没有切实可行的技术标准。针对抗滑桩失效现象,基于抗滑桩内力计算方法——"K"法,通过理论方法试算建立了抗滑桩桩顶位移与桩身最大弯矩、桩径、锚固段长度、悬臂端长度和地基系数之间的关系式,并运用已有文献中的设计实例验证了该公式的合理性,误差在合理范围内。该公式为初等函数组合而成,易于运用到预警系统中。针对具体的抗滑桩设计方案,输入相关参数,可得出桩顶最大位移值,并将其作为判据,结合监测资料对滑坡进行预警预报。     

品字型抗滑桩对滑坡的加固效果研究

利用FLAC3d程序对以组为单位进行设计的品字型抗滑桩对于滑坡的加固效果进行研究。其中,品字型抗滑桩分为无、有桩顶连梁两种形式。通过模拟计算,对在布置无、有桩顶连梁的品字型抗滑桩时,坡体的安全系数,桩的侧向位移、弯矩、剪力进行对比分析。通过对比得出:桩顶有连梁时,坡体的安全系数明显增加;桩的侧向位移明显减少,且一组中各桩的位移基本一致;桩顶弯矩明显增大,且滑动面以上各桩弯矩分布相对均匀,滑动面以下各桩弯矩相对有所减小;桩顶剪力均有所增加,滑动面以上,前排桩剪力峰值减小,后排桩剪力峰值增大,各桩的剪力幅度比较均匀。再通过将布置桩顶有连梁品字型抗滑桩与前后排相对应的无连梁双排抗滑桩进行对比,得出前者坡体的安全系数大,桩的侧向位移小,且节约材料,进一步验证了其优越性。因此,在抗滑桩结构形式设计中,桩顶有连梁品字型抗滑桩是更值得推广的结构形式。     

水平循环荷载下大直径单桩承载变形特性有限元分析∗

大直径单桩基础是近海风电产业常用的基础型式,研究大直径单桩在风、浪、流等水平循环荷载作用下的承载变形特性意义重大.基于ABAQUS软件平台,通过建立桩土相互作用的三维有限元模型,对已有的大直径单桩离心模型试验开展数值模拟.数值计算时采用一个循环弹塑性本构模型描述桩侧土体的循环应力应变响应,通过.调用该模型的UMAT子程序,设置适当的桩土接触条件、分析步及计算参数,建立了能够追踪水平循环荷载下砂土中大直径单桩位移时程的有限元分析方法.通过与已有离心模型试验结果的对比发现,建立的有限元方法可以描述砂土中大直径单桩在水平单调及循环荷载下的变形过程,反映循环荷载位移曲线的非线性、滞回性及位移累积特性,预测随循环荷载次数增加,桩身弯矩、位移等的分布特征及演化规律.     

雪花形钢板桩桩身变形影响因素研究∗

雪花形钢板桩是一种新型异型桩,为研究其在荷载作用下桩身变形特征,开展了雪花形钢板桩桩身变形数值模拟与室内模型试验研究,采用有限差分软件FLAC 3D 构建雪花形钢板桩数值分析模型,并与室内模型试验结果进行对比,验证了数值模型建立的合理性;同时研究了雪花形钢板桩翼缘数量、腹板(翼缘)厚度、腹板(翼缘)长度、桩长和钢板弹性模量对桩身变形的影响。结果表明：在竖向荷载作用下,雪花形钢板桩桩身应变随着深度增加而减小;增加雪花形钢板桩翼缘数量可以减小最大受力及改善桩体受力的均匀性;在相同条件下,雪花形钢板桩桩身应变随着腹板(翼缘)厚度增大而减小,随着腹板(翼缘)长度增大而减小,随着钢板弹性模量的增大而减小;随着桩长增长,距桩顶相同位置处的桩身应变不断增大,但最大应变大小一致发生在桩顶处。     

不同自由段长度的滑坡前缘抗滑桩受力变形特性的现场模型试验研究

抗滑桩设计是滑坡(边坡)防治工程中的关键环节,其中抗滑桩的嵌固深度和自由段长度对抗滑支档效果起到重要作用。为探讨不同自由段长度的抗滑桩在顺层岩质滑坡下滑推力作用下的受力和变形特性,本文选取广元旺苍县一处岩质斜坡进行现场模型试验,通过1台液压油泵控制1排4个千斤顶向滑体施加顺坡向的推力,真实模拟顺层岩质滑坡滑动情况,利用抗滑桩内外布设的多种传感器实测了抗滑桩应力和变形。试验结果表明:在同种桩型、同种嵌固深度、不同自由段长度下,抗滑桩桩身最大弯矩和表面最大应力最大相差9.2 k N·m和0.19 MPa,表现出不同的抗滑能力。     

饱和砂土地基相变桩的热力学特性试验研究

能源桩是一种新型的能源地下结构,相变材料能够改变自身状态来提供潜热。制作相变混凝土能源桩来实施室内大尺寸模型试验,将直径为0.2 m,长度为1.5 m的相变能源桩放入长宽高分别为2.45 m×2.45 m×2 m的模型箱中,模型箱中为饱和砂土地基。随后对能源桩施加三次循环温度荷载,测量桩体内部以及桩周土体温度的分布,并对相变能源桩的力学特性进行监测和分析,研究了循环温度荷载下相变能源桩的应力应变以及桩顶位移。研究结果表明:① 能源桩在循环温度荷载作用下产生的温度变化会给桩周土体带来一定的温度累积;② 沿桩身深度方向及桩体内部同一平面内都存在着不均匀的应力应变分布;③ 桩顶位移随温度循环过程变化,温度循环结束后会产生不可恢复的塑性位移。     

PCC桩水平承载特性足尺模型试验与数值模拟

通过进行大型模型槽足尺模型试验,根据桩身变形和桩身弯矩的试验结果,分析了水平荷载作用下现浇混凝土大直径管桩(以下简称PCC桩)的水平承载特性和桩-土共同作用性状。采用大型通用有限元软件ABAQUS对PCC桩的水平承载特性进行了数值模拟,计算结果与试验结果符合得较好,并进一步探讨了PCC桩水平承载特性的主要影响因素。结果表明:表层土体的弹性模量对水平受力性状影响较大,表层土体的厚度对桩身水平位移也有较大影响,因此可以通过改良表层土体来控制桩身水平位移,以达到工程设计要求;土体强度参数对水平承载特性也有影响,尤其是内摩擦角和粘聚力较小时更为明显。     

排桩+斜支撑在某大面积基坑开挖中的受力变形性状研究

随着基坑工程开挖面积越来越大,出现了一种排桩+斜支撑的组合支护结构。本文基于两阶段分析方法,首先采用Winkler地基模型模拟排桩的桩土作用,运用有限差分法考虑土的分层特性,然后应用水平受荷桩简化Mindlin解,考虑该组合支护结构的桩-桩相互影响,计算其遮拦效应,从而得到开挖条件下支护结构桩水平反应的简化分析方法。最后,结合济南某基坑工程实例,通过有限差分的方法,研究了排桩+斜支撑组合支护结构的受力变形特性。结果表明,该组合支护结构能够通过支撑桩和排桩的合理布置,有效调动基坑内部土体抵抗荷载,协调基坑土体变形以及支护结构的变形。     

椅式桩板结构地震响应分析与简化计算方法研究

椅式桩板结构在高陡边坡路基工程中应用广泛,研究其高烈度地震下的响应特征对抗震分析具有重要意义。以拟建川藏铁路某斜坡椅式桩板结构路基支挡工程为背景,建立有限差分三维数值计算模型,研究了结构的静、动力学响应特性,分析了结构最不利状态响应物理量的取值方法,探讨了结构传力分担机制及重要受力部位,提出了结构地震响应简化计算方法。结果表明:不同地震波形与峰值加速度下,土压力、结构内力及动位移响应的分布曲线形态相似,而响应量值差异显著;土压力应以桩顶动位移朝向临空面达到峰值的时刻作为最不利状态进行取值,而结构各截面的控制内力则应取地震响应时程中的峰值;横梁的推力传递和转角约束作用使主、副桩协同承载且极大增强了结构抗变形能力,桩身与横梁交界位置为结构重要受力部位;考虑拟静力法与动力时程分析结果的响应分布曲线相似性,以最大拟合优度确定动力修正系数取值并提出了地震工况下的结构响应简化计算方法。     

桩靴贯入与拔出引起的邻近桩附加及残余荷载分析∗

自升式钻井船桩靴贯入与拔出土层后会导致周围土体发生不可恢复的大变形,从而使邻近平台桩基础受到附加荷载作用。目前,对于钻井船插拔桩引起的附加荷载少有分析,且没有较成熟的计算方法。为此,建议了一种分析钻井船插拔桩附加荷载的方法。该方法首先通过耦合欧拉?拉格朗日(CEL)大变形有限元算法计算出桩靴贯入与拔出土层时邻近桩的水平位移;然后依据计算出的桩身水平位移,利用正交函数最小二乘法确定桩身位移分布函数,进而依据主动桩的 p―y 关系曲线及梁的弯曲理论确定出桩身受到的附加荷载;最后利用非线性地基梁模型,分析附加荷载作用下的桩身内力响应。通过对软粘土中钻井船插拔桩离心模型试验的数值仿真模拟,验证了这种分析附加及残余荷载方法的可行性。     

不同截面抗滑桩的土拱效应对比研究∗

土拱效应是桩土作用理论研究的重要依据,但由于对不同截面形式抗滑桩的土拱效应作用机理研究较少,在抗滑桩设计中大多采用传统截面形式,考虑到传统矩形抗滑桩在形成土拱效应方面的不足,提出梯形截面优化抗滑桩截面形式。基于材料力学理论,利用轴向受压杆件的斜截面应力计算模型推导出梯形桩桩侧土拱拱脚受压区应力状态,并结合摩尔—库伦强度准则得出梯形桩桩侧极限承载力,通过算例对比分析梯形与矩形桩桩侧土拱极限承载力,结合数值模拟分析验证理论与计算结果。研究结果表明：梯形截面桩桩侧极限承载力相较于矩形截面有较为明显的提升,最大约为矩形桩的 2.5 倍;相同条件下梯形截面桩桩间土位移与剪应变增量更小,应力集中现象更明显,梯形截面桩对土拱效应的形成与发展更有利。     

基于FLAC3D液化场地桩基动力反应振动台试验数值分析方法∗

液化场地桩基动力响应是岩土地震工程领域重要的研究课题,而研究液化场地桩基动力响应有效的方法包括大型物理模型试验和数值模拟。鉴于此,针对已完成的振动台试验,采用 FLAC3D有限差分计算程序,建立了液化场地桩?土动力相互振动台试验数值模型。在数值模拟中,承台采用实体单元,桩采用桩单元,柱墩采用梁单元, 考虑液化效应的饱和砂土采用 Finn 模型,粘土采用 Mohr?Coulomb 模型。模型边界采用自由场边界,采用弹簧?滑块?裂缝单元模拟桩?土界面。通过对比振动台试验结果表明：建立的有限差分数值模型能够再现结构和地基的动力响应,进而验证了数值模型的可靠性。同时,分析了引起数值计算结果与试验结果差异的主要原因。所采用的数值分析方法对类似布置的桩?土相互作用数值分析提供参考与借鉴。     

温度对地热能源桩承载性状的影响

作为一种地源热泵技术,地热能源桩以其经济、稳定、有效和环境友好等特点,应用范围越来越广。基于已开展的地热能源桩的现场原位试验和离心模型试验,分析温度变化前后地热能源桩的承载力、桩身附加应力和附加桩侧摩阻力的变化规律,同时进行了室内模型试验。结果表明,设于砂中的模型桩在温度升高时,会造成桩侧摩阻力的降低,这与已有的一些研究结果不同。最后对地热能源桩-土相互作用机理进行了分析。在温度升高时,桩的承载力有较大提高,上半部分桩的桩侧摩阻力降低,而下半部分桩的桩侧摩阻力增加,桩身截面应力会增大;温度降低时,上半部分桩的桩侧摩阻力增大,而下半部分桩的桩侧摩阻力减小,极端情况下桩端附近会出现拉应力,研究结果可为地热能源桩基的设计提供参考。     

支桩沉降的非线性组合算法∗

提出一种适用于支桩沉降分析的非线性组合算法。基于荷载传递法,对桩侧摩阻力计算采用三折线模型,对桩端阻力采用双曲线模型,提出符合支部结构力学构造的支端阻力与位移的非线性表达。为验证支桩沉降的组合计算方式,建立了模型试验,试验数据与计算数据较为吻合,具有较好的适用性及操作性。     

基于动力离心试验的锚拉桩加固滑坡时程响应分析

时程响应是发展锚索抗滑桩抗震技术和改进抗震设计方法的基础。基于离心模型试验平台,设计完成了50g离心加速度条件下锚索抗滑桩加固滑坡体的振动台模型试验。输入了4种不同强度的Taft地震波,利用布设在不同位置的微型传感器,记录了桩身和滑坡体的动态时程数据,并以此为基础分析了桩身和滑坡体不同位置的时程响应规律。结果表明,锚索抗滑桩和坡体的时程响应均受输入地震动控制,其动态变化形式与输入地震动基本一致;峰值加速度在基岩内部变化不大,在坡体内部从外向内呈现先减小后增大的趋势;不同高程的PGA放大系数呈现高程效应,坡面存在浅表动力效应;坡体内部PGA放大系数总体上随输入地震动的增大而增加,但在基岩面附近放大效应不明显;锚索的加设有效降低了坡体内部中心位置的加速度放大效应。研究成果可为开发科学合理的锚索抗滑桩抗震设计方法和验证数值模拟成果提供参考依据。