基于土拱效应确定桩板墙挡土板土压力

基于土拱卸荷原理,借助土拱合理拱轴线假定,建立了桩间土拱的力学计算模型。基于桩间土拱静力平衡、跨中截面前缘土体极限平衡及拱脚受压区截面的强度等条件,提出了考虑滑坡推力作用下,桩间挡土板土压力的计算方法,并在将该方法与已有的方法进行对比分析的基础上,探讨了各参数对挡土板土压力影响的敏感性。分析结果表明,与采用传统土压力理论得到的土压力相比较,按文中方法得到的土压力明显偏小,但略大于按已有的考虑了土拱效应的挡土板土压力计算方法得到的结果;距宽比s/b、内摩擦角φ对作用于挡土板上的土压力有较大影响,黏聚力c的影响次之;挡土板上的土压力随s/b值的增大而递增,随c值、φ值的增大而递减。     

土体蠕变与桩锚耦合作用的土拱效应分析

桩锚支护是边坡加固的主要措施之一,从桩间土拱形成机理和土拱轴线形态出发,建立了土拱横截面抗剪切效应下土拱等效简支梁的挠度计算式,诠释了桩间土拱凸向桩后土体的特点。同时考虑了土体粘结力、内摩擦角和锚索拉力水平向分量及其时变特性对桩间土体应力状态的影响,并结合桩间土拱横截面Coulomb剪切准则和土拱横截面静力平衡条件,分别推导了正常土体、抗剪土体、土体蠕变属性和土体蠕变桩锚耦合作用等4种情况的拱轴线方程。比较分析了上述4种情况两相邻桩的最大跨度。结果表明第2种情况两相邻桩的最大跨度值为最大,其次是第4种情况和第3种情况,而第1种情况的跨度值为最小。研究结果验证了理论推导式的有效性,建议抗滑桩加固边坡设计中应以第4种情况进行桩中心距取值。所述结论可为了解桩间土拱蠕变弱化机理、拱轴线时变特征和桩锚工程设计参数取值提供有益参考。     

“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。     

被动双桩侧向土压力群桩效应的三维数值研究

被动桩侧向土压力的群桩效应是研究被动桩的重要问题。运用岩土数值计算程序FLAC3D,对土体沿深度发生均匀侧移,桩基两端简化为铰接的刚性双桩基础(桩中心连线与土体位移方向平行)进行研究。土体采用摩尔-库伦本构关系,桩基采用线弹性本构关系,桩土之间建立接触面。结果表明,在土位移增加的过程中,两桩侧向土压力均小于单桩,呈近桩大、远桩小。在浅层土体,加筋效应很小,但遮拦效应明显。在深层土体内,加筋和遮拦效应都很显著,p—δ曲线形状与单桩明显不同,在经历较短直线增长后,沿曲线增长至极限土压力,达到桩侧极限土压力所需的桩土相对位移量明显增加,当桩间距增长至6 D,群桩效应基本消失。最后与室内模型试验所得到的桩侧极限土压力群桩效应系数进行了对比分析。     

土体侧移作用下桩基侧向土压力的群桩效应∗

当前工程建设中受土体侧移作用影响的桩基问题越来越突出,桩侧土压力是桩?土相互作用研究中的重要问题,并且受群桩效应影响很大,运用岩土数值计算程序 FLAC3D ,针对粘土饱和不排水情况进行了平面应变数值模拟研究,土体采用摩尔?库伦理想弹塑性本构关系,桩基采用线弹性本构关系,桩?土之间建立接触面。研究结果表明,桩周粘结力对桩侧极限土压力有明显影响,达到桩侧极限土压力所需要的桩土相对位移随 E/Cu 的增大而减小。单排桩时,随着桩间距增大桩土荷载分担比降低,桩侧极限土压力值增大,达到极限土压力时所需要的桩土相对位移增大。双排桩时,当桩间距大约为 2D 时加筋和遮拦效应影响范围比较小,然后随桩间距增大加筋和遮拦效应影响范围增大,而排间距的增大会使遮拦和加筋作用降低,当排间距大于 6D 后遮拦和加筋效应基本消失,桩间距和排间距的增大都使达到桩侧极限土压力所需要的桩土相对位移量增大,并将计算结果与先前学者试验结果进行了对比与分析,具有较好的一致性并有所发展。     

墙后填土液化前后对挡土结构物的总压力分析

针对墙后填土液化前后对挡土结构物总压力的变化情况进行了分析。墙后填土液化后孔隙水压力升高、有效应力降低,土颗粒处于悬浮状态,此时不存在土压力。由于液化后墙后填土呈现出粘性流体的性质,其对挡土结构物的作用力等同于以土体饱和重度γsat为重度的粘性流体以各方向相同的力作用在挡土结构物上,因此液化后挡土结构物上的总压力明显增大,工程中应予以重视。计算结果表明:随着地下水位的下降,墙后填土液化前、后对挡土结构物的总压力均逐渐减小,但液化后与液化前的总压力比值呈先增大后减小的变化趋势;随着静止土压力系数K0的增大,墙后填土液化前后对挡土结构物的总压力逐渐增大(完全浸水情况下,液化后的总压力不随静止土压力系数K0的变化而变化),但液化前的总压力增长更快,故液化后与液化前总压力的比值呈减小的趋势。     

基于上限定理的抗滑群桩设计理论研究

针对抗滑群桩设计理论方面存在的问题,即荷载传递及滑坡推力分配的不确定性,基于极限分析的上限定理,给出了一种抗滑群桩的设计方法,即人为增大第一排抗滑桩的桩间距,并按极限土压力公式设计,作用在第二排抗滑桩上的荷载则按照上限定理给出。根据上述思想,并结合滑坡能量安全系数的定义和多块体体系速度场计算方法,提出了抗滑群桩的一种设计理论。     

微型群桩预支护高陡边坡模型试验研究

山区房建工程中常通过开挖边坡拓展用地空间,对于存在潜在滑动面的高边坡进行削坡处理会降低坡体安全系数,诱发滑坡灾害,造成财产与人员损失。开展微型群桩支护高边坡的物理模型试验,研究微型群桩在高陡边坡支护中的受力变形状态。试验结果表明:钢管微型群桩对高陡边坡的支护效果较好,未支护时坡体在削坡完成后沿预设滑面滑动破坏,采用微型群桩支护后削坡过程高边坡变形被有效抑制,坡体由不稳定状态提高至安全系数1.5。三排桩的受力分布规律相近,抗滑段土压力成倒三角分布,滑面以上20cm土体推力最为集中。由于第一排桩间无法形成有效土拱作用,第二排桩体受力明显,一至三排桩抗滑段的受力分配比例约为1.3∶2∶1。试验结果为山区高边坡的预支护设计提供了参考。     

路肩桩板墙受力特性的室内模型试验研究

在高陡峡谷区,路肩桩板墙作为一种普遍使用的支挡结构,具有施工方便、造价较低、外形美观的特点。但由于板挡墙结构的复杂性以及高陡边坡的支档难度,该结构的受力特性尚不完全明确。以相似比1∶25建立了路基边坡模型,通过室内模型试验,模拟并研究了不同工况下桩板墙的受力状态和位移大小以及土体压力随试验步骤的变化,根据试验结果对高陡边坡的变形与破坏机理进行了分析。     

滑坡灾害下航油管道抗滑桩的阻滑性能分析∗

针对于土体等大位移问题所带来的模拟求解难题,分析滑坡灾害对横坡敷设的航油管道运行所带来的影响。利用SPH‐FEM耦合算法,采用不同的接触形式,建立管‐土及桩‐土相互作用全尺寸耦合模型,进行非线性分析,获取管‐土力学响应规律,并对抗滑桩阻滑性能加以分析,保证滑坡区管道本体的安全。结果表明,在文中工况下,当滑坡趋于稳定时,在滑土推力作用下,管道所产生的位移、应力最大值均出现在滑体区域内;但由于桩‐土间“土拱效应”,致其桩后滑土更易趋于稳定,同时管道也并未发生沿管轴扭转的现象;随抗滑桩数量的增多,其阻滑性能增强,但对于文中工况,设置2个抗滑桩且混凝土强度为C30的抗滑方案即可保证管道的安全运行。所得结论可为保证航油管道的安全运行提供理论支撑,并为滑坡下管道力学行为和抗滑桩阻滑性能研究提供一种可行的模拟方法。     

土拱效应在抗滑桩工程中的应用

抗滑桩是边坡支挡工程中常用的一种结构物,具有施工快和安全可靠等特点,是整治滑坡的主要工程措施之一。同时,在抗滑桩设计中,桩间距又是一个非常重要的指标,而以往一般是根据经验确定桩间距,这样确定的值往往偏小从而造成投资的浪费,或偏大从而造成抗滑桩作用失效。从土拱效应出发,研究了土拱效应在抗滑桩工程中的形成机理、存在条件、形状和影响因素,同时分析了基于土拱效应的抗滑桩桩间距的计算方法。最后以某实际工程为例,结合上述方法,用Matlab等数学软件求解了该实际工程基于土拱效应的抗滑桩桩间距值。     

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。     

温度循环下桩土界面特性及桩侧摩阻力数值模拟

通过改进的剪切实验系统,测定桩土界面剪切强度与温度循环次数间的关系及桩土界面摩擦系数随温度循环的变化,并通过建立数值计算模型研究温度循环下桩侧平均侧阻力的变化规律。研究表明,桩土界面在经历多次温度循环后,界面剪切强度随循环次数的增加而减小。且法向应力越大,经历温度循环后界面剪切强度的损失在增大。升温过程中,桩土界面的摩擦系数减小,桩侧平均侧摩阻力在减小;降温过程中,界面的摩擦系数在增加,桩侧平均侧摩阻力在增大。经过多次温度循环后,桩土界面的摩擦系数基本保持不变,桩侧平均侧摩阻力在升温和降温过程中变化越来越平稳。     

土-桩-框架结构非线性相互作用的精细数值模型及其验证

利用有限元软件ABAQUS,建立了土-桩-框架结构非线性相互作用(SSI)的二维精细有限元模型,分别采用记忆型粘塑性嵌套面模型和损伤塑性模型模拟土体和混凝土材料,采用梁单元和rebar单元模拟RC桩基及其内部纵筋,采用接触面对法模拟桩土接触效应,取得了良好的计算效果。将自由场、框架、土-桩-框架结构模型的分析结果和其它成熟的计算软件进行对比,验证了数值模型的有效性。分析发现:桩基外侧靠近承台处的土体的非线性反应很强烈,而桩基内部土体的非线性反应较小,很大程度上只是跟随群桩一起运动。由于桩土动力接触,桩顶的加速度反应可能超出上部结构,并且桩顶的加速度时程曲线上有非常明显的"针"状突变。随着地震动强度的增加,上部框架逐渐表现出单自由度体系的动力特征,加速度反应谱有从多个波峰退化为单一波峰的趋势。     

路堤荷载下带桩帽刚性桩复合地基桩土应力比分析

路堤一般由填土、碎石等散体材料组成,刚性桩复合地基中,桩土刚度差异较大引起的桩土间沉降差异,会导致路堤内部出现相对竖向位移。通过路堤填土的受力平衡分析,根据桩土差异沉降,求解出桩帽和桩帽间土体的应力分配,并结合桩帽下应力分配得出桩身应力,最终求解出桩土应力比及桩的荷载分担比例。工程实例监测结果验证了文中计算公式的适用性和可靠性。通过分析计算结果和实测结果,得出了一些路堤荷载下刚性桩复合地基的承载规律,可供理论研究和工程设计参考。     

饱和土中排桩对入射S波隔离的三维分析

基于Biot两相饱和多孔介质理论,就饱和土体中排桩对入射S波的隔离效应进行了三维分析。使用坐标转换和Graf加法定理,将某一桩体附近的总波场构造为入射波和所有桩体的散射波之和,通过施加桩土界面处的边界条件,利用不同阶三角函数的线性无关性,得到了问题的解析解。数值算例对排桩后面的饱和土体的竖向位移振幅衰减进行了分析,探讨了入射波频率和桩土弹性模量比等参数对饱和土中排桩隔离效果的影响。与弹性土中的相应结果比较表明：频率较低时,饱和土中排桩的隔离效果和弹性土中较为接近;频率较高时,两者之间的差别有所增大。     

上埋式管道穿越高填方填挖结合部位的受力状态研究

以延安新区黄土高填方工程中的上埋式排水管道为原型,开展了相似比为1:2的室内试验,试验前在模型箱底部一定位置预设沉降底板模拟实际填方的工后沉降过程,在试验土体和管道中布设压力盒、位移计和应变片,以采集试验过程中的管土接触压力、管-土相对位移和管道应变等数据。研究表明,负土拱效应对管道的上部压力影响明显,竖向压力系数最大达3.4,与沉降量的关系符合三次多项式曲线,负土拱效应对管道的影响不可忽略。开挖纵向剖面后发现管道下部土层间出现明显的脱空裂缝,是管道下部管-土接触压力减小的原因。该成果为黄土高填方场地中管周土压力的计算、管道变形控制提供参考。     

可液化场地桥梁群桩基动力反应振动台试验研究

针对上覆0.3m粘土层、下伏1.2m饱和砂层的可液化场地,采用2×2群桩-低承台-独柱墩结构,完成了可液化场地桥梁群桩基动力反应振动台试验。结果表明:随着埋深增加,土体孔压、加速度和位移趋于减小,随着输入频率的增大,土体孔压和加速度增大,土体位移则减小;桩的加速度和弯矩反应自下而上呈现增大趋势,桩的弯矩在承台处达到最大值,且随着输入频率的增大而减小;随着埋深的增加,桩上土反力和桩-土相对位移减小,土体模量增大;随着输入频率的增大,土体模量及耗能变小。     

碎石桩加固饱和粉土地基的抗液化特性

除饱和砂土液化外,饱和粉土地震液化问题也是岩土地震工程中一个重要的研究课题.饱和粉土地基的地震液化及变形可以采用多种地基加固方法防治,碎石桩技术是常用方法之一.碎石桩复合地基的抗液化效应,主要是增加桩周土体的密度、利于桩体的排水以及由桩体分担地震水平剪应力(桩体减震作用).但由于粉土的土质特性,粉土-碎石桩复合地基的抗...     

斜坡上单桩的统一极限抗力分布模式研究∗

假定土体为理想弹塑性体,基于统一极限抗力分布模式,利用最小势能原理,计算不同坡角时的桩前土体极限抗力,得到斜坡上单桩水平承载力的弹塑性解,并编制了相应的MATLAB计算程序。通过室内模型试验,验证了基于统一极限抗力分布模式计算得到的斜坡上单桩的水平承载力和桩身弯矩是合理的。结果表明:单桩的水平承载力随斜坡坡角的增加而降低,坡角为45°时桩顶的水平位移是坡角为15°时的1.45倍,斜坡坡角的大小对单桩的水平承载特性有较大的影响。