滑坡抗滑短桩的受力特性模拟研究

抗滑短桩是滑坡常用的治理措施之一,应用较为广泛,但其承载机理尚不清晰。采用FLAC3D模拟程序建立不同长度抗滑短桩加固滑坡的数值模型,分析滑坡模型变形特征以及抗滑短桩受力特性,进一步揭示抗滑短桩加固滑坡的受力特性。研究结果表明:(1)不同长度的抗滑短桩可显著提高滑坡的整体稳定性;(2)随着抗滑短桩桩长的增加,桩身受力趋于均匀,桩-土协同作用增强,滑体最大位移逐渐降低,但降低速率减小;(3)自由段桩长与滑体厚度比值<0.6时,滑坡出现“越顶”破坏现象;(4)建议抗滑短桩的自由段长度与滑体厚度比值取为0.7~0.9。

抗滑短桩加固滑坡体模型试验三维数值模拟分析

为解决抗滑短桩加固滑坡体理论研究不满足工程应用需要的现状,本文采用基于快速拉格朗日算法的FLAC3D软件,对桩长变化的抗滑短桩加固碎石土滑坡全过程进行三维有限元模拟,通过分析滑体位移、应力、抗滑短桩位移和桩身弯矩的变化规律,研究抗滑短桩的受力变形特性及桩土相互作用机理。研究表明:经抗滑短桩加固后的滑坡,稳定性显著提高;随着桩长增加,桩后应力分布越均匀,抗滑短桩与桩周土体的整体性越好,滑体最大位移逐渐减小,有效抑制滑体位移;当桩长小于60 cm时,滑体出现"越顶"现象,在楔形体前缘顶部形成了贯通滑动面,且发生较小范围的失稳破坏;当桩体自由段与滑体厚度比值为0.52~0.59时,加固效果最理想。研究结果对抗滑短桩加固滑坡体的抗滑机理予以补充。

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。

“抗滑短桩”概念及其受力影响探讨

采用ANSYS软件,分析了滑坡治理中抗滑短桩在滑体中和在嵌固段的最短长度,探讨了滑坡中滑带土、滑体土的参数C、φ、E和μ对抗滑短桩的受力影响;得出了几点认识:1)抗滑短桩在滑体中的最短长度不宜小于滑体厚度的1/4。2)抗滑短桩岩层嵌固段的深度不宜小于抗滑短桩总长的1/4,土层嵌固段的深度不宜小于1/3。3)探讨了算例中各参数变化与作用在抗滑短桩上的剩余水平下滑力之间的关系。同时,认为抗滑短桩的受力分析中,既要考虑滑带土参数影响又要考虑滑体土参数的影响,才是更接近于实际情况。

抗滑短桩的适用条件研究

采用ANSYS软件,对滑体的几何形态、滑带及滑体力学性质的差异对抗滑短桩的适用条件进行了研究。得出了如下结论:1)抗滑短桩更适用于滑体土强度明显高于滑带土强度的滑坡中。2)随着抗滑短桩的长度增加,滑坡设桩后的安全系数增大,但增大的幅度逐渐变小。3)在相同桩长的情况下,安全系数随着地形坡度的增大而变小。

抗滑短桩的应力监测与分析

介绍了滑坡治理工程中采用的抗滑短桩桩前土体水平抗力、桩后土体水平作用力的现场监测实例,对监测结果进行了分析,得出了本工程中水平抗力和水平作用力在短桩施工完工后约50d才完全发挥并趋于稳定的认识,也得出了它们沿短桩桩身的分布规律的认识。

土质滑坡中抗滑短桩水平位移ANSYS分析

采用通过ISO 9000认证的ANSYS软件,对土质滑坡中超大直径抗滑短桩桩身3个代表部位的变形进行计算与分析,得出了两点认识:第一,在滑坡治理中,让桩出现“大变形”的设计是极其经济的;第二,以桩受压区边缘的变形最大,将其作为超大直径抗滑短桩的变形是合适的,这对于抗滑桩变形监测的布点具有重要指导意义。

抗滑短桩与桩周土共同作用的探讨

根据某工程的应力监测结果和ANSYS计算结果，就抗滑短桩与桩周土共同作用进行探讨，得出了两点认识：第一，考虑桩土接触带贡献作用和桩-土共同工作是更趋于实际情况的，也是更经济合理的；考虑比不考虑桩土接触带的贡献，作用在抗滑短桩上的剩余水平下滑力约小10％。第二，接触带采用合适的弹性模量和厚度进行计算的结果与监测结果相当接近（相差≯5％）。

抗滑短桩越顶问题的有限元验证

抗滑短桩是介于抗滑键与全长桩的一种特殊的抗滑桩，由于其较全长桩经济，已在实际工程中应用。云阳县太公沱至余家包库岸大咀段库岸因其下滑推力大、滑面埋深深，采用常规的抗滑桩极其不合理，通过方案比选此滑坡采用长12m的抗滑短桩进行支护。运用有限元强度折减法对设置抗滑短桩后，对滑面是否越过桩顶进行了验证。经计算设置抗滑短桩后滑坡稳定系数为1．25，说明滑坡采用抗滑短桩支护是可行的。

抗滑短桩锚拉竖向植筋带加固边坡的数值模拟

降雨诱发的滑坡灾害在我国频繁发生,传统的抗滑桩演变为抗滑短桩加固边坡,却又易产生“越顶破坏”现象。因此,提出了抗滑短桩通过竖向植筋带锚拉坡面网格梁兼顾浅层和深层防护的边坡加固技术,并采用数值计算的方法对其进行研究。首先,采用MIDAS有限元软件对某一工程边坡进行降雨入渗分析;然后,对该边坡在抗滑短桩锚拉竖向植筋带加固前后的稳定安全系数、坡土变形和最大剪应力进行分析,探讨抗滑短桩锚拉竖向植筋带加固边坡的可行性。研究结果表明:随着降雨入渗,坡肩和坡脚处坡土孔隙水压力逐渐增加。坡脚处暂态饱和区范围由初始时刻的0 m扩展延伸至降雨结束时刻的1 m,边坡稳定性逐渐降低。抗滑短桩锚拉竖向植筋带能够承担部分下滑推力,使降雨结束后边坡从无加固时的失稳状态转变为相对稳定状态,有效避免了边坡浅层土体“越顶破坏”现象的发生。

抗滑短桩加固土坡模型试验及数值分析

抗滑短桩作为滑坡治理的一种主动防护结构,在工程界得到逐步应用和发展。但该结构仅适用于滑体强度明显大于滑面强度的滑坡且无浅层滑坡,这限制了抗滑短桩的推广应用。针对抗滑短桩支护时可能出现的浅层滑坡,共开展天然工况下3组不同加固工况(0,18,28 cm)的单排抗滑短桩加固无黏性土边坡的模型试验,采用PFC2D颗粒流软件对抗滑短桩加固的土坡进行数值模拟。通过分析颗粒流土坡模型的滑体位移及滑动面的变化规律,研究不同桩长对土坡的加固机理,离散元数值分析计算得到的结果与模型试验接近。结果表明:抗滑短桩能有效加固土坡,且随着抗滑短桩长度的增加,加固的土体范围也逐渐增加,滑移面逐渐沿垂直坡面方向向上抬升,当抗滑短桩长度达到一定值后,滑移面的上升速率开始降低;经抗滑短桩加固后的土坡仍存在浅层滑动的趋势,若桩长过短,滑体易出现越顶现象。对可能出现的越顶现象及浅层滑动,建议采用抗滑短桩联合坡脚挡墙共同加固。

抗滑短桩支护土坡的试验研究

为探究不同长度的抗滑短桩对坡土的支护效果,采用单排抗滑短桩加固无黏性土边坡,抗滑短桩桩长L=0(无抗滑短桩)、18、28、43 cm,开展了天然工况下牵引式滑坡模型试验;分析了模型侧壁观测土条和坡土内小块体的位移变化特征与坡土滑移面的分布规律,研究了不同长度的抗滑短桩对土坡的支护作用机理。结果表明:抗滑短桩能有效加固深层土体;随着抗滑短桩长度的增加,加固的土体范围逐渐增加,滑移面向上抬升;当抗滑短桩长度达到一定值后,滑移面的上移速率开始降低。建议:在实际工程中,应联合使用抗滑短桩与坡脚挡墙以同时加固深层土体及浅层坡土,确保整个边坡达到稳定安全状态。