基于差分法的双排抗滑桩结构内力计算

为研究有连梁双排抗滑桩快速有效的内力计算模型,在对有连梁双排桩进行受力分析的基础上,将有连梁双排抗滑桩结构简化为在桩顶连系梁零弯矩处断开的2根单桩结构,通过对双排桩受力进行叠加得到前后排桩桩顶连梁传递的弯矩与剪力,基于有限差分法建立了有连梁双排抗滑桩受荷段、嵌固段全桩内力计算模型,进而对有连梁双排抗滑桩桩体内力进行了计算。同时,通过大型室内模型试验内力实测结果对所计算结果进行了对比验证。结果表明:(1)模型试验结果与所建计算模型得到的桩顶位移与桩身弯矩值吻合较好,说明简化计算模型具有一定的适用性;(2)二者的后排桩最大弯矩出现位置略有偏差,计算得到的最大弯矩位置更接近实际桩体破坏位置,进一步验证了全桩内力计算模型的可靠性;(3)所建有限差分计算模型避免了将受荷段与嵌固段利用连续条件进行迭代的复杂运算过程,大大提升了计算效率,为实际工程提供了一种快速高效的有连梁双排桩内力计算方法。

h型双排桩在山地建筑边坡工程中应用

针对山地建筑边坡受用地限制而常用挡墙不太适用的问题,提出了h型双排桩结构形式,其由冠梁、腰梁、盖板、前排桩及后排桩组成。首先,假定h型双排桩的上部山体为滑裂体,采用传递系数法计算剩余下滑力,与双排桩抗滑力进行比较,判断边坡整体稳定性;假定h型双排桩为悬臂二阶柱结构,计算结构变形,判断变形是否满足正常使用要求。其次,依托某边坡工程进行实例论证,该工程竣工已近两年,监测数据表明边坡处于安全稳定可控状态。最后,h型双排桩解决了山地建筑边坡用地受限的难题,双排桩强有力的结构形式提高了悬臂式挡土高度,且双排桩盖板可兼作山地建筑的室外用地使用。

单、双排桩支护路堑边坡动力响应特性的振动台试验研究

结合西部艰险山区铁路实际工程背景,开展了El-Centro波作用下单、双排桩支护路堑边坡大型振动台模型试验,基于位移、加速度等参数深入研究了两种模型边坡动力响应特性的差异,并结合快速傅里叶变化(fast Fourier transform,简称FFT)谱探讨了两种边坡出现差异的原因。结果表明:抗滑桩的支护效果和差异均随输入波幅值的增大而逐渐体现;当输入波幅值为0.1g~0.3g时,单、双排桩边坡均处于稳定状态,总体动力响应特性差异较小;当输入波幅值为0.4g时,两边坡动力响应开始出现较大差异,单排桩边坡宏观破坏更明显,坡表位移增大较多,土体损伤累积,非线性特征显现;当输入波幅值为0.5g~0.6g时,两种模型边坡的地震波峰值加速度(peak ground acceleration,简称PGA)放大系数高程效应明显,且均在路堑面和桩后坡面处出现塑性区,抗滑桩的存在有效地抑制了PGA放大系数沿坡面向上的增大趋势和坡表双塑性区的贯通,而单排桩边坡PGA放大效应更明显,塑性区范围更广,深度更大,局部失稳更严重,抗震支护作用相对较弱;引入FFT谱比可知,单、双排桩边坡在5~10 Hz频段振幅放大效应的不同是造成单、双排桩边坡动力响应差异的主要原因;在地震作用下,单排桩边坡破坏历经边坡自稳定→坡表土体塑性变形→边坡局部塌陷溃散3个阶段,双排桩边坡破坏历经前两阶段。

多排微型抗滑桩极限抗滑力的数值模拟研究

对多排微型桩群在土体水平位移作用下的响应开展数值模拟研究,微型桩的建模充分考虑了其塑性变形的特性,并通过对已有的桩抗弯试验建立精细化有限元模型获得了桩体参数。在分析微型抗滑桩响应的基础上,推导了适用于微型抗滑桩的简化极限抗滑力计算公式,研究了微型桩排距和滑动面摩擦因数的影响。结果表明:多排桩能调动相对单排桩更大深度范围的桩土相互作用,结构整体刚度更高,但同时群桩效应降低了桩土相互作用力,多排桩中单桩抗滑力仅为单排桩情况下的50%~70%;滑动面摩擦因数对多排桩的影响大于单排桩,增加该系数明显降低了桩土相互作用力,提高了桩的影响深度范围,导致抗滑力降低;增大排距可整体上提高多排微型桩的抗滑力,当排距小于7倍桩径时,增大排距主要降低了桩的影响深度范围,而当排距大于7倍桩径时,则主要是通过改变桩土相互作用力的分布来增加抗滑力;所提出的桩抗滑承载力计算公式较好地反映了微型桩的受力特征,具有进一步研究和推广的价值。

悬臂双排抗滑桩边坡治理综述

双排抗滑桩是大型滑坡治理常用措施之一,工程应用和相关研究成果较多。然而,其承载机理还有待深入研究,且相关设计标准并未形成,这些因素限制了悬臂双排抗滑桩的发展。鉴于此,本文对悬臂双排抗滑桩边坡治理机理研究成果进行归纳总结,重点综述了双排抗滑桩加固机理和影响抗滑桩承载特性的因素;双排抗滑桩加固边坡研究常用的理论计算、试验研究和数值模拟3种研究方法及相关成果,并对比分析了其优缺点;当前双排抗滑桩加固边坡研究现状,在此基础上凝练指出亟待解决的前沿科学问题和未来研究的重点,为双排抗滑桩边坡治理的理论和工程技术的发展与完善提供理论依据,对相关规范的编制和实际工程具有一定的指导意义。

多排抗滑桩在滑坡治理工程中的应用

抗滑桩是滑坡治理工程中的主要措施之一,但随着工程建设的发展,滑坡规模越来越大,以往单排抗滑桩已无法满足要求,往往需要多排抗滑桩支护。文章结合南京某滑坡治理工程,探讨多排抗滑桩在滑坡治理工程中的应用。对整治滑面较长、下滑力较大的滑坡,保证坡体稳定,具有重要意义。

不同排距双排抗滑桩的推力分配及受力分析

基于乌江双线大桥岸坡支护工程,通过数值模拟计算,研究在复杂地质条件下,不同排距的双排抗滑桩推力分配和受力特征。结果表明:当抗滑桩排距大于17.00 m时,前排桩受到的滑坡推力和桩前抗力均大于后排桩,推力和抗力分配不均匀,该支护排距设置不合理;当桩排距小于17.00 m时,前排桩受到的桩后推力和桩前抗力与后排桩近似相等,两桩受力均匀,说明在此范围内设置双排桩较合理;当前排桩与后排桩排距为8.50 m时,从受力和桩顶位移角度分析,两桩排距合理,且更方便工程施工。按排距8.50 m施工完成后,边坡处于稳定状态。

岸坡双排悬挂式钢板桩结构安全稳定性研究

边坡开挖施工过程中,为保证岸坡的稳定性,验算支护结构的稳定性就显得尤为重要。本文依托华容煤炭铁水联运储配基地工程码头一期工程,将悬挂式双排钢板桩结构等效为重力式挡土墙,通过数学公式理论推导的方法分别从整体抗滑移稳定、整体抗倾覆稳定及基底应力等方面进行了验算,并结合计算结果对安全稳定性提出了评价。得出以下结论:该结构的抗滑移稳定性系数为1.49,大于规范要求的1.3下限;该结构的抗倾覆稳定性系数为1.63,大于规范要求的1.6下限,在结构上是安全的;该结构的基底最大压应力小于地基容许承载力,符合规范要求,但合力偏心距偏大,应及时调整防止墙身过分倾斜。

轨道工程穿越矿山宕口地质灾害防控技术——以南京某城际轨道工程为例

南京某城际轨道交通工程穿越大型露采矿山废弃宕口回填区,其南侧为高25~30 m(距填土顶部坡面)的陡崖,陡崖上顶部岩体破碎,存在危岩体崩塌隐患;陡崖下为一宽15~20m的人工填筑向外微倾的平台,用作危岩体崩落承灾体;平台以下为人工填筑的缓坡,高差45~50 m。宕口人工回填边坡土体结构松散、成分复杂、强度较低,沉降变形大且不均匀。显然,工程场地存在崩塌、缓坡不稳定、地基不均匀沉降及承载力不足等地质灾害问题。为此,文章针对这一工程技术难题开展相关研究工作,提出如下防控技术措施:①采用明洞方案穿越废弃宕口回填区,有效避开崩塌地质灾害;②采用三排连梁门式异形桩作为明洞的基础,既作为明洞桩基又作为缓坡抗滑桩,有效提高了明洞地基稳定性及缓坡稳定性;③通过明洞覆土坡形优化,大幅减少填方量,较好地提高了明洞覆土缓坡稳定性,避免明洞受斜坡偏载作用产生过大变形,同时降低缓坡坡度,减少水土流失,有效保护场地生态环境。这一防控技术方案不仅有效地消除了地质灾害,同时大大降低了工程建设成本,该研究成果对缓坡区工程建设具有重要的示范作用。

基于透明土的不同间、排距抗滑桩边坡滑移特征

为探讨不同间、排距抗滑桩支护下边坡的滑移规律和特征,采用透明土模型试验并结合粒子图像测速技术,进行不同间、排距抗滑桩加固下边坡透明土试验,以探讨坡顶受荷下抗滑桩边坡土体的整体移动规律和滑移破坏特征。通过不同间、排距抗滑桩加固边坡土体的位移矢量图、位移等值线图以及荷载-位移曲线特征分析。结果表明:抗滑桩边坡的滑移过程可分为稳定、匀速和加速变形3个阶段,边坡极限承载力随桩间、排距的减小有所增大;抗滑桩加固边坡的滑动层深度随桩间、排距的扩大而加深,间、排距为3 b时,出现坡面浅层和桩身中部位置的两个深浅不一的滑动面,表现为越顶剪切和桩土体系共同倾覆破坏。基于研究结论,对边坡防护提出以下建议:对于重要边坡防护工程,方形抗滑桩间、排距不宜超过桩截面边长的3倍和4倍,对于承载力要求不高的边坡工程,可适当增加桩间、排距以减小施工成本。

大直径双排抗滑桩在某边坡应急除险加固工程中的应用

雨季为边坡问题的高发期,年久失修的挡墙可能排水失效,在持续降雨条件下,土体中含水量骤增,侧向岩土压力增大,容易诱发边坡及支挡结构发生失稳破坏。以某工程为例,该工程因原支护结构排水失效,在雨季支挡结构及坡体产生较大变形,故发生了险情。首先通过堆载反压控制住了坡体变形,消除了险情,后期又增设双排大直径抗滑桩与原支护结构进行有效连接,保证支护结构的稳定,同时通过设置可修复式泄水孔,恢复原支护结构排水功能,减少因土体含水骤增而造成支护结构侧压力过大的问题,以进一步保证支护结构的长期安全稳定。

阶梯式双排抗滑桩加固边坡的数值模拟分析

对双排阶梯式抗滑桩进行了有限元分析,通过分析加固边坡的稳定性、抗滑桩的位移和桩身内力变化规律,明确了双排阶梯式抗滑桩在支护边坡中的有效性,得出边坡在填筑过程中的稳定系数呈先增大后减小的趋势。同时也得出2号桩顶的水平位移较1号桩顶的水平位移值大,1号桩身的水平位移最大值为距离桩顶10 m位置,2号桩身水平位移最大值位于桩顶。对于桩身内力,1号桩身的弯矩值、剪力值均大于2号桩,1号桩的桩身弯矩、剪力呈“S”形变化,2号桩的桩身弯矩、剪力自上而下呈减小的变化规律。

基于不同排距探讨双排桩组合结构的桩长及冠梁刚度优化设计

双排桩支护结构因其整体刚度效应及桩土协同作用而使得其工作机理比较复杂。基于现行规范方法的双排桩模型,首先分析排距对双排桩抗倾覆稳定性计算,然后基于不同冠梁侧向刚度模型,即忽略冠梁刚度仅考虑双排桩门架结构侧向刚度、考虑冠梁刚度与门架结构刚度叠加以及考虑冠梁与连板(梁)组合结构刚度与门架结构刚度叠加,分别分析排距对双排桩桩顶位移的影响,最后结合实际工程监测数据分析可知:(1)增大双排桩间距可有效提高双排桩结构抗倾覆稳定性,同时充分考虑后排桩与土体之间摩檫力产生力矩,可有效减少双排桩嵌固长度;(2)冠梁侧向刚度取值对双排桩结构的变形较为敏感,因此在计算分析双排桩桩顶水平位移时,可考虑冠梁组合结构对冠梁侧向刚度的增大效果;(3)采用冠梁组合刚度时,双排桩组合冠梁结构不仅发生平面内弯矩变形还存在平面外的扭矩,因此组合结构冠梁侧向刚度需考虑一定折减系数,根据实际工程监测数据反分析得组合折减系数参考值为0.5~0.6。

复合岩层边坡双排抗滑桩布设分析

双排抗滑桩在边坡支护中有着重要作用。针对某路堑复合岩层边坡设置双排抗滑桩,从边坡最大塑性变形、最大剪应力及安全系数出发,通过有限元软件,分析双排抗滑桩布设位置对边坡变形、受力的影响。结果表明:双排抗滑桩设置在边坡底部、中部和上部时,最大塑性变形和最大剪应力均发生在抗滑桩位置。双排抗滑桩布设在边坡下部位置时,对于最大塑性变形和最大剪应力,边坡稳定性均优于布设在边坡中、上部位。

门架式双排抗滑桩设计计算新模式

门架式双排抗滑桩是一种新型的支挡结构。这种结构具有较大的刚度,可以有效地限制支挡结构的变形,具有桩顶位移小,抵抗力大的特点。但其受力机理复杂,前、后排桩间土对结构的作用很难确定。针对这一问题,提出了一个新的计算模式:将前、后排桩及中间连系梁和桩间土视为一个整体;前排桩和后排桩受到的地基土的抗力简化为弹性支承,提出了桩间土对前排桩的作用模式和作用力计算分析模型,认为前排桩不仅受到桩间土的主动土压力作用,而且受到由于桩间土的挤压作用而产生的附加土压力的作用; 其主动土压力 qa 与单排桩所受到的主动土压力σa 之比是桩间距与桩宽(桩径)之比的二次抛物线函数;而附加土压力 qb 可由半平面体在边界上受法向分布力的解析解[1]求得;而桩间土对后排桩的作用按照弹性支承考虑。最后,采用有限元理论和 Winkler 弹性地基梁方法建立了求解门架式双排抗滑桩内力的力学模型,并应用于某供水工程的边坡加固中。计算结果表明:该种计算分析模式是合理可行的,具有一定的推广应用价值。

滑坡推力在悬臂式双排抗滑桩上的分配

大型滑坡治理工程常采用双排抗滑桩,悬臂式双排抗滑桩就是其中常见的一种型式。首先对悬臂式双排抗滑桩的最优状态进行假定,分析双排抗滑桩的力学传递过程。然后运用土拱理论和极限平衡理论,推导前、后排抗滑桩所承受滑坡推力的计算公式,提出滑坡推力的分配计算方法。最后运用该方法对杭金衢高速公路K103滑坡中的悬臂式双排抗滑桩工程进行计算,理论计算结果与监测结果相对比,证明该方法的正确性和适用性。该计算方法可为悬臂式双排桩的设计提供理论依据。在悬臂式双排抗滑桩的设计中,建议首先进行滑坡推力的分配计算,然后再进行结构设计。

双排抗滑桩桩顶连接方式的优化设计

采用有限元程序ANSYS建立双排抗滑桩有限元模型,分析桩顶连接方式对抗滑桩的侧向位移分布和内力分布的影响,找出最优的桩顶连接方式。桩顶的连接方式可分为无连接、同排相连、前后排相连和全连接等4种方式。通过对比这4种桩顶连接方式可知,前后排相连和全连接均可以使双排抗滑桩的变形相协调,弯矩和剪力分布更加的合理,能更好地发挥前后2排桩的抗滑效果,但是全连接增加抗滑桩的成本。选取同排相连和前后排相连2个工程实例,监测分析发现,同排相连时前排桩的侧向位移和弯矩均远小于后排桩,前后排相连时前后2排桩的位移和弯矩比较接近,这与有限元分析结果相吻合。在双排抗滑桩的设计中,建议采用前后排相连的桩顶连接方式。

门架式双排抗滑桩的弹塑性模型与计算分析

门架式双排抗滑桩的计算模型大部分将桩排间岩土体视为弹性材料,而岩土体为弹塑性材料,使得抗滑桩内力、位移计算结果与实际情况相差较大。假设桩排间岩土体为弹塑性材料,提出一种弹塑性计算模型,该模型将桩排间岩土体看作线弹性单元和塑性单元的组合,根据结构力学知识、土的本构关系和数值分析方法建立一种计算前后排抗滑桩内力的计算方法。首先,由已知的桩顶位移,并结合结构力学位移法求出桩间土总应力。根据Lade-Duncan模型导出这两个单元的基本参数,然后,结合数值分析方法计算出抗滑桩的内力,最后,结合工程实例,运用ANSYS有限元软件进行计算分析,得出门架式双排抗滑桩的内力图。对比监测数据和弹性模型计算结果表明,弹塑性模型的计算结果比弹性模型更加接近监测值。

锚固深度对双排抗滑桩力学性能影响

针对红岩滑坡双排抗滑桩施工过程中前、后排抗滑桩锚固深度的选取问题,基于FLAC3D程序,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位移的方法模拟作用在抗滑桩上的水平推力,对前排和后排抗滑桩锚固深度变化时双排抗滑桩侧向位移、弯矩、剪力和抗滑力的变化规律进行研究,研究发现,前排或后排抗滑桩锚固深度的变化对双排抗滑桩的侧向位移、弯矩、剪力和抗滑力有显著影响,且该影响与所施加的边界位移有关。

多排埋入式抗滑桩在武隆县政府滑坡中的应用

武隆县政府滑坡规模巨大,滑坡体长280～340 m,滑坡体厚15～35 m,滑坡推力最大达9 000 kN/m,采用一排抗滑桩难以抵挡如此巨大的滑坡推力。设计采用了多排埋入式抗滑桩进行支挡,将桩的长度减小了约1/3,节省了工程投资。介绍了该滑坡采用埋入式抗滑桩的设计计算方法,重点介绍了采用有限元强度折减法对多排桩的推力及桩的长度设计与计算,供同行或类似工程参考。