微型桩群加固土坡稳定性分析

微型桩是一种边坡快速加固技术,多大面积成群布置。基于强度折减技术研究了微型桩群加固边坡安全系数的数值计算方法,并对微型桩群加固均质土坡和含软弱夹层土坡的稳定性进行了对比分析。结果表明,微型桩群加固均质土坡的破坏模式与其布设位置关系密切,采用传统非耦合方法假定滑动面位置不变进行微型桩群的工程设计值得商榷;对于均质土坡,微型桩群锚固深度较小时,桩身变形以刚性旋转为主,随着锚固深度的增加,微型桩群的变形由刚性倾斜转化为柔性弯曲变形,对于含软弱夹层边坡,微型桩群的变形主要是弯曲变形;微型桩群最优锚固长度约为滑面以上自由段长度的1.5~2.0倍。削剪作用能够改善微型桩群受力并降低成本;对于均质土坡,当削剪长度小于自由段长度1/4时,不会降低加固边坡的安全系数,对于含软弱夹层边坡,最大削剪长度约为自由段长度的1/2;实际工程中对于可削剪的微型桩部分,无需设计加筋体,仅将钻孔回填压实即可,能够在确保加固效果的同时降低成本。

微型桩群加固边坡受力特性离心模型试验研究

采用黏土为边坡介质,土压力盒、位移计、应变片等为测试手段,进行了裸坡与微型桩群加固边坡的离心模型试验,研究微型桩群加固边坡的受力机理。试验结果表明,加桩边坡模型的坡面水平位移远比裸坡模型小,且桩间距越小,坡面水平位移越小。加桩模型中第1排桩桩侧土压力随时间逐渐减小,土压力总体上沿深度方向逐渐增大,第2排桩桩侧土压力时程曲线与第1排桩土压力的时程曲线有一定的相似性;试验开始阶段,坡体产生的土压力第2排桩承担比例较第1排桩大,随着试验的进行,第1排桩承担比例会逐渐增大,试验结束时,桩间距为2.0cm模型中第1排桩与第2排桩的土压力分担比为1∶0.8,桩间距为3.0 cm模型中第1排桩与第2排桩的土压力分担比为1∶0.6,且桩间距越大,第1排桩所承担的土压力越大。桩体上各测点弯矩随时间呈复杂的非线性关系,弯矩数值由正值单调减小为负值,弯矩变化的梯度随时间减小;第1排桩桩身正弯矩最大值出现在9.5 cm附近,负弯矩最大值出现在底部的12.5 cm位置;第2排桩桩身正弯矩最大值出现在7.5 cm附近,负弯矩最大值出现在5.0cm附近;第1、第2两排桩在5.0～10.0 cm深度区间内由于边坡内土体滑动带的影响,造成弯矩变化剧烈。研究结果可为微型桩的设计提供一定的科学依据。

微型桩群-土-植被协同护坡体系研究述评

工程地质条件和雨水作用等因素往往决定着边坡防护合理的设计方式。通过研究国内外边坡护坡技术的研究现状,指出微型桩-土-植被协同护坡体系设计方法的研究意义。首先,从施工、成本、环境、安全等角度考虑,与其它单一护坡方式相比较,阐述了协同护坡体系具有多方面的优点;其次,着重从理论与实验研究阐述微型桩-土共同护坡的力学机理,从力学效应、水文效应与计算模型3个方面探索植被体系护坡的力学机理,分析了雨水对土质边坡的侵蚀与破坏作用;最后,展望了协同护坡体系的应用前景,并阐明了今后的研究方向。

微型桩群加固土坡抗滑力数值模拟研究

研究目的:微型桩直径通常小于300 mm,由于单桩抗滑力小,加固土坡时须成群布置,微型桩群-土坡体系是一个三维空间体系,力学机制复杂,目前对其抗滑力缺乏深入研究。基于此,本文借助于数值模拟手段,对微型桩群加固土坡的抗滑力开展系统研究,并对设计参数影响进行分析。研究结论:(1)微型桩群的抗滑力随着桩间距的减小明显增大,但单根的加固效率有所降低,实际应在保证群桩抗滑力的前提下尽量发挥单桩的加固效率;(2)微型桩群加固土坡的抗滑力随着桩排距变化不明显;(3)随着锚固长度的增大,微型桩群的抗滑力逐渐增大,结构变形由刚体旋转逐渐转化为横向弯曲变形,对于微型桩群加固土坡而言,最优锚固长度约为潜在滑面以上桩长的2倍;(4)该研究成果可为微型桩加固土坡的工程设计和安全评价提供理论依据。

微型桩群加固边坡三维复合体形成判据研究

研究目的:微型桩加固边坡时常大面积成群布置,由于微型桩群与土体作用机理较为复杂,目前缺乏微型桩加固边坡三维复合体的相关研究,本文研究微型桩群加固边坡形成三维复合体的临界判据,相关成果可为微型桩群加固边坡的工程设计和安全评价提供参考。研究结论:(1)通过假定极限状态下微型桩群加固边坡的受力条件与挡土墙接近,基于经典土压力理论,建立了微型桩群加固边坡形成三维复合体的理论判据;(2)运用数值分析研究了滑体挤压作用下微型桩-土体系三维复合体形成的临界条件和演化机制,结果表明:随着相对桩间距S/D增大,微型桩单桩抗力逐渐增加,当S/D≥8之后,微型桩的受力状态接近于独立单桩,桩土水平接触反力极限值约为11.9CuD,微型桩群与土体之间形成三维复合体的临界桩间距约为2.5D;(3)微型桩群加固边坡三维复合体的破坏机制表现为:单排桩加固时桩间土体首先产生横向开裂,桩后土体产生弧状裂纹,荷载增加至一定程度时桩群及桩前土体产生整体变形并与桩后土体发生脱空;双排桩加固时后排桩间土体首先产生横向开裂并向斜后方延展,裂缝随推力荷载的增大逐渐向左前侧贯通,最终桩群两侧土体产生垮塌,试验过程中桩群与桩间土整体性较好。

微型桩群与普通抗滑桩抗滑特性的对比试验研究

通过室内试验,对微型桩群与普通抗滑桩的抗滑特性进行对比分析,探讨了滑坡推力作用下微型桩群的受力机制以及采用微型桩群代替普通抗滑桩的可行性。研究表明,微型桩群具有较好的抗滑承载能力,试验中其承载力略小于普通抗滑桩,可以代替普通抗滑桩用于边坡加固。微型桩群与普通抗滑桩的受力机制不同,普通抗滑桩刚度大,其变形主要由桩后土体产生压裂破坏引起;微型桩群抗弯刚度小,荷载作用下桩身发生挠曲变形且使桩间土体的塑性区发生交叉重叠,从而在滑面附近以及桩顶均产生较大变形。对土压力以及桩身弯矩的监测结果表明,滑坡推力在不同排微型桩间的传递关系随荷载水平的提高发生规律性改变,滑面以下土抗力主要由后排桩的桩后土体提供。群桩效应的存在使微型桩群中各微型桩的受力与单根微型桩的受力有较大差异。桩顶承台的作用提高了微型桩群的整体刚度,但会使后排桩顶产生较大的负弯矩,前排桩顶产生较大的正弯矩。

基于极限抗力分析的微型桩群加固土质边坡设计方法

微型桩是一种常用边坡快速加固手段,多大面积成群布置。基于梁柱理论和弹塑性地基系数法中的P–y曲线法建立了微型桩加固边坡的水平抗力分析模型,提出了确定微型桩截面极限弯矩以及最大抗剪力的迭代分析方法;采用有限差分法推导了轴向和横向复合外力作用下微型桩内力和变位的计算公式;以最大限度发挥微型桩群横向抗力为目标,重点研究了微型桩群中微型桩横向间距和纵向间距的确定方法。在此基础上,形成了采用微型桩群加固土质边坡的设计方法,内容主要包括微型桩群布设位置的选取、微型桩选型、桩长选取、微型桩群断面设计、微型桩群平面设计以及顶梁设计等。将该方法应用于某公路路堤边坡病害加固工程设计中,监测资料表明,坡体位移在微型桩群的作用下逐渐趋于收敛,坡体病害得到了根治,从而验证了设计方法的有效性。

微型桩群加固堆积层滑坡原位试验研究

对微型桩群加固堆积层滑坡的加固效果和受力特性进行原位试验。监测结果表明,工点滑坡运动形态较为复杂,初测阶段以浅层滑动为主,随后产生深层滑动,最后逐渐趋于稳定;微型桩群可较好限制加固范围内坡体的位移,保障线路的正常运营。滑坡推力作用下,不同排微型桩之间的荷载分担关系具有较大的差异,当滑体产生较大位移时,前排微型桩受到较大的外荷载,后排微型桩次之,中排微型桩受到外荷载较小;当滑体趋于稳定后,各排微型桩的荷载分担关系趋于一致。此外,测试值与理论值对比分析结果表明,弹塑性荷载-位移曲线分析方法可以较好地反映出滑坡推力作用下微型桩群的横向受力特性;固定约束使微型桩顶部产生较大的应力集中,从而使地面以下2 m深度范围内微型桩桩身产生较大弯矩,建议实际工程中将微型桩与刚性顶梁之间设为铰接。

基于平面应变条件下微型桩群布置形式对土拱效应影响的研究

微型桩组合抗滑结构是一种极具代表性的轻型组合支挡结构,施工便捷、对非常环境适应性强。但相对应用而言,其设计理论的支撑略显不足。论文通过数值建模计算的方式,研究了三排式(3伊3)微型桩群在滑坡推力作用下,平行布置形式和菱形布置形式中应力的变化及分配关系,在仅考虑桩周土体的变形协调及受力变化的前提下,将其简化为平面应变问题来考虑,得出了合理的微型桩群布置形式。

微型桩群支护体系的设计优化研究

针对微型桩群支护体系,基于现场试验建立了经验证可靠的有限元模型,对桩间距、排间距、锚固段长度、复合弹性模量、桩周土体性质等参数改变时微型桩群的位移分布特征进行了深入研究。研究得出,微型桩锚固段长度宜设为全部桩长的33.3%~45.5%,最佳桩间距为3~7倍桩径;提高微型单桩的抗弯刚度对提升微型桩群抗滑能力效果不明显;压力注浆提高桩周土体的物理力学性质,对提升微型桩群的抗滑能力降低桩顶位移效果明显。研究成果为深入分析微型桩群的工程设计优化提供了参考。

微型桩群在顺层岩质边坡填方路基处理中的应用

分析奉^(节)(巫)溪高速公路谭家寨段岩质高陡边坡产生滑坡的成因,以及滑坡对路基形式和施工进度的影响。建立岩质滑坡堆填方路基的地质模型和微型桩群的力学模型,在此基础上,设计在路基下滑动面上布置微型桩群;在填方路基坡脚布置空间框架式微型桩组合结构,增强路基的抗滑稳定性,并比较微型桩群和混凝土阻滑键抗滑作用机理的异同。

微型桩群框架结构加固边坡离心模型试验研究

构建微型桩群框架结构进行土工离心模型试验,通过监测边坡模型位移、土压力和桩身应变,研究微型桩群斜向框架结构加固边坡的受力机理。结果表明:微型桩群框架结构能有效加固边坡;微型桩嵌固深度较深的边坡加固效果优于布桩数量较多的边坡,微型桩嵌固深度是影响加固效果的重要因素;微型桩的布设导致次生滑面、桩土脱空现象的形成,并影响滑体中土压力的分布和大小;桩身弯矩分布呈反S形,桩身在滑面分界处呈单点弯曲屈服,桩-滑床复合结构承受了滑体的下滑力。

倾斜微型桩群加固堆积层边坡稳定性分析

使用有限差分软件FLAC3D,应用强度折减法,分析倾斜微型桩群加固堆积层边坡,桩倾角与支护效果间规律。桩倾角为微型桩群与铅垂面夹角,向坡顶倾斜为负,反之为正;倾角30°边坡模拟表明:桩倾角由-30~0°变化,支护效果先增大后减小,-20°为其中的最优方案;桩倾角在10~30°之间,支护效果相比铅垂微型桩无明显优势;桩倾角由40~60°变化,支护效果不断增大,相较铅垂微型桩群支护效果均有明显提高;60°为全部方案中最优;微型桩群与不连续面夹角为φ,φ>90°支护方案相比铅垂微型桩群支护效果提高明显;倾斜微型桩群不改变堆积层边坡潜在滑动面深度,仅影响其沿滑带的分布;坡顶施加均布荷载,各排桩弯矩峰值与剪力峰值出现在不连续面处,关系基本满足:后排桩>中排桩>前排桩;最优支护方案倾斜微型桩群与桩前土体协同变形,形成"组合地基"共同承受桩后土体及滑坡推力,较之铅垂微型桩群支护效果显著提高,桩身受力明显减小。

微型桩群支护体系在治理滑坡方面中的研究

滑坡是一种常见且极具破坏性的地质灾害,它分布广泛,规模巨大,常常造成严重的危害。每年国内外大大小小的滑坡都会造成达数十亿美元的经济损失。虽然抗滑桩支挡结构的技术和设计理念已经成熟,但是在某些方面中却暴露出了不足,造价高昂,设施庞大不利施工等。据此,特提出一项经济且高效的技术“微型桩群支护体系”,来改善抗滑桩治理滑坡的不足。本文通过对微型桩群支护体系进行介绍和其作用机理说明来体现微型桩相对传统抗滑桩的优越性。最后,在微型桩群支护体系治理滑坡于前人的研究基础之上进行推广并做出评价。

新型微型桩群设计理论及抗滑机理研究

为达到对滑坡进行科学、有效治理的目标,针对传统抗滑桩适用性差、经济消耗高和施工不便等方面的不足,将传统抗滑桩与微型支护桩有效结合,提出一种新型微型群桩抗滑桩布桩设计方法,并配合该布桩设计方法提出了一种新的群桩等效刚度计算模型,推导出了微型群桩等效惯性矩及等效模量的力学公式;同时对新型微型抗滑群桩模型的受力机理进行理论分析,并采用有限元模拟软件Geo Studio对截面、桩长相等的传统抗滑桩及新型微型抗滑群桩进行位移及内力有限元计算,模拟计算结果表明,抗滑群桩在抵抗变形及受力方面均显示出较大的优越性。

基于群桩基础改进的变径微型桩承载特征研究

为改善输电杆塔微型桩基础的承载特性、降低用料成本,提出基于微型群桩改进的变径微型桩基础型式。通过高原山区等截面微型群桩原型试验与数值反演模型相互验证,对3种变径微型单桩进行模拟,并与微型群桩承载效果进行对比分析,揭示变径微型桩的承载特征与变形机理。结果表明:微型群桩基础(2×2单桩)由于承台和群桩效应的影响,其抗压和抗拔承载力分别大于和小于对应的单桩承载力总和;双扩径微型桩(扩径部分直径=2×等截面桩身直径)的极限抗拔和抗压承载力约为等截面微型桩的3.8倍和2.7倍,土体变形集中于扩径部位,且变形量较大,表现为多支点摩擦-端承桩特性;于桩顶增设承台可有效改善双扩径单桩的下压及水平承载性能,与未增设承台相比,承载力分别提高了2.1倍和2.2倍。研究表明,通过扩展部分桩径并增设承台使微型单桩性能提升至等截面群桩水平的方法可行,对送变电建设具有工程意义。

微型群桩与锚索组合在高填方机场边坡处置中的应用

为解决西北山区机场建设中面临的高填方、高边坡、地质条件复杂及气候环境异常等一系列工程地质问题,以陇南机场7号边坡暴雨灾后应急处置为例,简述了边坡变形特征,以及堆土反压应急止滑、微型群桩-锚组合永久治理在机场高边坡变形应急处置方面的应用。研究表明,通过坡顶防水处理、坡脚堆载反压等应急措施可有效减缓边坡变形趋势,采用微型群桩和锚索结合综合治理措施能有效治理机场高填方边坡。本研究可为类似高填方机场边坡稳定性处理提供借鉴。

刚性网格-微型群桩复合地基设计参数分析

采用MIDAS-GTS对刚性网格-微型群桩复合地基处理深厚软土地层进行计算分析,通过对桩网复合地基设计中材料强度、桩径(长细比)、桩间距、垫层厚度及垫层强度的取值进行修改,分析归纳出这些设计参数取值变化对桩土应力比、桩身沉降及变形的影响,得到最优的设计参数取值,为桩网复合地基处理深厚软土地层的设计参数取值提供借鉴。结果表明,材料强度几乎不影响复合地基的性能。对于桩径而言,将其转换为长细比进行研究;当长细比在100时桩土应力比较大,桩身沉降和变形最小。桩间距的增加可以提高桩土应力比;但其达到1.5m之后,桩身沉降和变形会急剧增加。垫层的存在能明显提高桩土应力比,降低桩身沉降;当垫层厚度达到0.5m,强度到达0.25kN/mm(2普通砂石强度)后,该影响效果呈现减弱趋势。

微型桩群-锚索地梁体系加固斜坡路基的原位试验研究

对微型桩群与锚索地梁加固堆积层滑坡的加固效果和桩群的受力特征进行了原位监测试验研究。试验过程中采集了桩侧土压力、桩身弯曲应力、锚索预应力以及坡体深孔位移,分析了微型桩的受力、桩侧土压力的分布特征,并根据锚索预应力的长期损失规律和典型位置的时间—位移曲线,评价了加固效果。试验结果表明,轻型支挡综合处治措施完工后,预应力损失量及坡体变形速率呈收敛态势;桩群内部各排桩侧土压力值的增减存在一致性,体现出微型桩群的整体抗滑机制。监测结论对于类似边坡工程加固方案设计具有参考意义。

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。