砂土边坡桩间水平土拱机理与演变规律离散元分析

抗滑桩等非连续支挡结构在边坡工程中依靠土拱效应安全经济地发挥支护功能。鉴于不同类型砂土的力学性质差异较大,为揭示密砂与松砂土质边坡抗滑桩桩间水平土拱机理与演变规律,采用离散元方法(DEM)模拟支挡砂土水平土拱的成拱过程。在传统力链分析的基础上,提出通过筛选高应力颗粒来研究土拱的形成过程,进一步从细观角度对不同工况土拱效应进行分析,以揭示“应力拱”和“位移拱”的演化过程。研究表明:密砂和松砂中的水平土拱的动态演变过程均表现为3个演化阶段,分别对应于密砂和松砂的剪切性状,即应变软化和应变硬化现象,揭示了砂土边坡桩间土拱效应的演变规律。此外,讨论了宏-微观DEM模拟参数对土拱形成过程与土拱效应性能的影响,结果表明拱跨对于荷载传递效率的影响最大。

L型抗滑桩加固土坡特性的离心模型试验与有限元模拟研究

L型抗滑桩在传统等截面抗滑桩的基础上加入横段,有效提高桩的稳定性和加固边坡效果。本文采用离心模型试验与数值模拟相结合的方法研究了L型抗滑桩加固土坡的变形特征与桩土相互作用。基于离心模型试验得到了L型抗滑桩加固土坡的位移场,并采用有限元软件对离心模型试验过程进行了数值模拟,数值与试验结果得出的土坡荷载位移曲线吻合程度较高,水平位移分布趋势基本一致。模拟结果表明,L型抗滑桩的加固效果明显优于传统等截面抗滑桩,土坡位移减小约25%,桩转角减小约70%。通过对比、融合离心模型试验观测与数值模拟结果,分析了L型抗滑桩对土坡的加固效果及桩-土相互作用。横段上下侧的土压力分布相差很大,差距最大时上侧土压力仅为下侧土压力的20%左右。L型抗滑桩横段与土的摩擦力分布存在极小值,竖直段抗滑桩可以改变土坡位移场,使得内侧位移分布存在极大值。坡体受力变形分析结果表明,抗滑桩导致土坡出现土拱效应,L型抗滑桩的横段会进一步增强土拱效应,形成应力重分布,使横段所受土压力增大,提高抗滑桩的稳定性。

桩-坡结构体系土拱形成演化机制研究

为研究堆积体边坡-h型抗滑桩结构体系的土拱形成演化机制,以某典型堆积体边坡为研究对象,采用有限元软件ABAQUS构建堆积体边坡-h型抗滑桩结构体系三维数值计算模型,分析滑坡推力作用下h型抗滑桩桩间土拱的形成过程及演化规律,探究桩径比和土体性质对h型抗滑桩桩间土拱效应的形成及功能发挥的影响。研究结果表明,在滑坡推力作用下,h型抗滑桩产生双层土拱,且双层土拱的形成并不同步。相较于普通抗滑桩的单层土拱,h型抗滑桩在前、后桩处则分别形成土拱,可有效增加h型抗滑桩的支挡效果。同时,桩径比和土体性质对双层土拱的功能发挥影响显著。当桩径比分别在3~6之间时,h型抗滑桩在前、后桩后侧均会形成发育良好的土拱,可充分发挥支挡作用。此外,在一定范围内增大内摩擦角和粘聚力同样有利于双层土拱功能的发挥。

基于拱效应的边坡抗滑桩桩间距计算

基于桩间土的斜拱效应,考虑边坡的倾角对抗滑桩桩间距的影响,并以此建立计算模型。首先在假定土拱的轴线为抛物线的基础上,根据水平面、竖直面内的静力平衡条件和强度条件,推导出桩间距的计算公式,分别得到了相应的合理桩间距计算方法。其次通过具体工程实例,阐述考虑边坡倾角情况下抗滑桩桩间距的计算过程,得到了比较合理的计算结果,并分析了桩间距与土体内摩擦角以及桩间距与坡面倾角之间的关系。分析结果表明,在其他因素不变的情况下,桩间距随桩后土体的内摩擦角增大而增大,随边坡倾角增大先增大后减小。

河谷坡度对高面板堆石坝应力变形特征的影响

以玛尔挡水电站面板坝工程为例,建立了不同河谷坡度方案下的面板坝三维有限元模型,研究不同河谷坡度下高面板堆石坝坝体的静动位移和应力分布情况,分析了河谷坡度对坝体应力变形特征的影响,探讨了地震工况下河谷坡度对坝体结构稳定性的影响。结果表明:河谷坡度为50°时堆石体内部将会出现较明显的应力拱效应现象,河谷边坡陡缓临界值近似为50°;坝体沉降与坡度变化之间呈负相关关系;地震作用未对拱效应存在下的坝体产生显著的不利影响。

地震作用下考虑土拱效应的桩间挡板土压力计算

桩间土拱效应的存在使得桩间挡土构件的地震动土压力计算不能套用传统的土压力计算理论。建立了考虑土拱效应的挡板土压力计算模型,采用水平层分析法推导了一种求解桩间挡板地震主动土压力的方法,并与卸荷拱法、拟化筒仓法、边坡规范法等进行对比。结果表明:土拱效应的存在使得挡板土压力明显小于Coulomb土压力,挡板土压力沿挡墙高度呈非线性分布且趋于一个极值,方法计算的土压力值介于卸荷拱法和拟化筒仓法之间;桩间土拱效应可以显著降低挡板承受的地震主动土压力;水平、竖向地震力会显著放大土压力,两者对土压力的贡献几乎相当;土压力增大系数与地震加速度近似呈线性关系。

基于拱效应的露天顺向岩质边坡开采影响范围的确定

顺向开采岩质边坡极易产生顺层滑动,对坡上及坡下建(构)筑物通讯或输电设施以及风景名胜等构成威胁,因此开采前须对边坡的开采影响范围作出合理的评估。本文首先从土拱的形成条件出发,分析了露天顺向开采岩质边坡岩拱效应的存在,同时结合岩土性质对土拱和岩拱的特性进行了对比分析,在此基础上建立了岩拱效应分析的基本假设条件及计算模型,并利用结构力学两铰拱理论对岩拱的拱轴线、拱圈应力、弯矩值等进行了计算;然后根据岩拱轴线和拱圈厚度求得拱圈内缘线及外缘线,并利用拱圈内缘线、外缘线及开采边界将露天顺向开采边坡划分为4个区;最后结合各区对建(构)筑物影响的强烈程度,求得最大滑塌高度及开采边界距离开采影响范围线的水平距离,从而获得露天顺向岩质边坡的开采影响范围。

边坡加固工程中抗滑桩间距的确定

考虑抗滑桩桩间土拱效应,以桩侧与边坡土体间的摩阻力及黏着力承担滑坡推力的静力平衡条件和土拱跨中与拱脚处截面的强度条件共同控制,建立了抗滑桩间距的计算公式.该公式适当考虑了滑坡推力分布的影响.工程实例表明,该抗滑桩间距计算公式的计算结果较为合理,具有一定的工程应用价值.

边坡工程中抗滑群桩工程特性的数值分析

针对建立抗滑群桩的设计方法问题,分析了抗滑群桩在水平推力作用下的力学行为.以重庆江东边坡的典型断面为例,应用有限元程序CORE3D分析了群桩的桩间颗粒土的土拱区域,结合桩的荷载位移曲线、土拱效应解释了土体应力传递到抗滑桩的规律,通过对影响土拱效应的参数,如桩间距、土体厚度、抗滑桩嵌入深度和桩径等的深入研究,提出了相应的群桩布置参数估算公式.研究成果在重庆江东边坡的防护工程设计中得到了应用,并取得了较好的效果.

超载作用下边坡-抗滑桩体系稳定性及土拱效应研究

为深入研究坡顶超载环境下抗滑桩加固边坡的整体稳定性,依据现行地基规范并结合地基承载力理论,取均布超载强度q计算抗滑桩-边坡体系的安全系数和桩身内力分布。在此基础上,讨论坡顶超载外边缘线至坡顶不同水平距离Lq对加固后边坡稳定性的影响,将边坡顶部均布超载视为埋深为零的条形基础,考察不同超载强度和超载作用位置条件下边坡的整体稳定性及桩间土拱效应。研究表明:抗滑桩-边坡体系在特定的桩间距范围内形成土拱,坡顶不同超载强度和超载作用位置影响着桩间土拱的分布、发展及破坏规律,土拱效应集中反映了抗滑桩的作用机制和加固效果。

考虑桩后及桩侧土拱间相互作用的合理桩间距

抗滑桩的桩间土拱除了桩后土拱外,还有桩侧土拱。基于抗滑桩的上述成拱形式,分别对桩后土拱、桩侧土拱及其相互作用进行了受力分析,在此基础上,根据土拱的极限平衡条件,推导出土拱间的相互作用力及考虑桩侧、桩后土拱及其相互作用的桩间距计算公式。以具体工程实例,对目前常见的桩间距计算方法和本文计算方法的计算结果进行了对比分析。研究结果表明:与目前常用的仅考虑桩后土拱(或桩侧土拱)和虽然考虑桩侧、桩后土拱,但忽略土拱间相互作用力的计算方法相比,本文所述方法更加符合工程实际。

考虑地下水影响的多层渣土边坡抗滑桩最大桩间距研究

近年来,随着现代城市工程建设规模的不断扩大,由工程弃土引起的渣土边坡稳定性日益引起各界的高度关注,但目前对多层渣土边坡的桩间距研究较少且大多数未考虑地下水对桩间距的影响。鉴于此,基于统一强度理论开展了考虑地下水与不考虑地下水2种条件下多层渣土边坡模型最大桩间距研究。首先采用GEO-STUDIO搜索出2种渣土边坡模型的潜在滑动面,查明了抗滑桩桩后推力分布特征,建立了考虑土拱受力形式的桩间土拱模型;然后根据基于统一强度理论的强度条件和平衡条件,推导出了各层滑体的最大桩间距计算公式;最后研究了多层边坡中各滑体相互作用形式,用于确定渣土边坡的最大桩间距。2种多层渣土边坡模型的计算结果显示:考虑地下水存在情况下的边坡的滑体体积和剩余推力更大,而稳定性系数和最大桩间距更小。深圳某渣土边坡实例的计算结果表明,本文所提出的最大桩间距研究方法对实际工程中多层渣土边坡中最大桩间距的确定具有一定的借鉴意义。

隧道高回填路堑式明洞土拱效应下竖向土压力

基于60°和80°2种边坡坡角条件,借助于有限元软件Midas-GTS NX分析了明洞土压力集中系数随填土高度的变化规律。结果表明:当覆土层厚度较大时,明洞上方形成土拱效应;明洞土压力随覆土高度的增加而增大;明洞土应力值小于上部填土自重应力,土压力集中系数逐渐减小;且土拱效应随坡角的增加而增加;当坡角较小时,明洞土压力逐渐接近于平坦地形中的明洞土压力,“土拱效应”消失。

顺层岩质边坡施工中加固措施探讨

顺层岩质边坡在工程建设中普遍存在,由顺层岩质边坡导致的灾害事故在工程建设中也频繁发生,顺层岩质边坡加固措施也越来越引起人们的重视,本文结合软硬相间顺层岩质边坡、薄层岩体顺层岩质边坡及上硬下软顺层岩质边坡等实际工程案例,给出一些顺层岩质边坡在施工中的加固措施方法,并对顺层岩质边坡预加固与边坡拱效应进行讨论。

基于土拱效应抗滑桩桩间距计算及土拱可靠度分析

根据土拱效应产生条件及抗滑桩桩间土拱形成过程,分析了抗滑桩桩间土拱的结构形式和合理拱轴线。建立土拱受力分析模型,提出以拱脚强度、拱顶强度、静力平衡和桩间绕流为控制条件,计算考虑土拱效应的抗滑桩间距。此外,为衡量抗滑桩桩间土拱效应的可靠性,采用Rosenblueth法对桩间土拱的可靠度进行计算,并建议在设计施工中采取有效措施,提高土拱的可靠度。

各向异性和非均质性的抗滑桩边坡稳定性分析

为了研究抗滑桩边坡在软土强度各向异性和非均质性条件下安全系数的变化,本文基于英国路堤整体稳定性设计规范BS8006中抗滑桩加固路堤的安全系数计算方法,将强度各向异性和非均质性引入到分析方法中。考虑抗滑桩加固边坡水平土拱效应的影响,建立了考虑土体强度各向异性和非均质性的抗滑桩边坡稳定性计算方法。通过对ABAQUS有限元分析软件的二次开发,分析了强度各向异性参数和非均质性对抗滑桩边坡稳定性的影响,验证了解析解的准确性。结果表明:各项同性均质抗滑桩边坡的安全系数比各向异性非均质的安全系数高出20%以上;理论计算与数值模拟计算结果误差为10%左右,理论计算所得结果偏安全。

考虑土体各向异性的抗滑桩边坡稳定性分析

抗滑桩广泛应用于边坡加固工程中,抗滑桩桩间距的合理选择不仅能够保证边坡的稳定性,还能够缩短施工流程并提高经济效益.采用有限元软件ABAQUS对模型进行验证,通过编写和调用子程序,引入土体各向异性表征参量,并利用强度折减法求解不同桩间距下的安全系数,基于有限元软件的计算结果绘制出不同路径上的应力曲线.研究结果表明:考虑各向异性条件时的安全系数小于各向同性条件下的安全系数;当桩间距从一个较小的范围内逐渐增加时,土拱的影响范围先增大后减小,安全系数逐渐降低.最终,通过对安全系数与桩间距曲线的拟合表明,最优桩间距为5倍的桩径.

隐蔽采空区影响下边坡拱效应分析与应用研究

针对隐蔽采空区影响下露天煤矿边坡内部拱效应作用机制问题,基于支撑拱理论引入边坡拱圈厚度的修正系数k,建立了采空区影响下边坡支撑拱结构的力学模型。采用理论分析与数值模拟相结合的方法,探讨拱效应对边坡稳定的影响规律。构建了用来分析拱效应的假定条件及计算模型,并结合结构力学和材料力学中的两铰拱等力学理论,对拱圈厚度、拱的水平反力及最大滑塌高度等进行了分析计算。研究结果可应用于受采空区影响的露天煤矿边坡稳定防控实践中。

蓄水期边坡及地基变形对高拱坝的影响

在高拱坝施工期和运行期,蓄水引起的边坡和地基变形是值得关注的问题。蓄水对岩体产生许多影响,包括岩体参数弱化、有效应力降低和浮托力的作用。这些现象与滑坡、坝体稳定和水库诱发地震等工程问题相关,而目前对蓄水作用的力学机制的研究仍十分有限。将边坡极限分析中的强度折减法扩展为同时考虑刚度和强度折减的有限元方法,并用于分析岩体材料的弱化。将裂隙岩体的有效应力原理应用到Drucker-Prager准则。基于锦屏一级拱坝左岸边坡变位和谷幅收缩的监测数据,将上述2种方法应用于蓄水期边坡及地基变形影响分析。结果表明,坝体具有良好的承受边坡变形的能力,仅在局部有变形和应力改变。

切方边坡悬臂桩土拱效应形成与失效机制数值模拟

为了分析切方边坡悬臂桩受力特征,运用二维颗粒流方法建立了相应的数值模型,研究了桩间土拱形成的过程及其破坏机制。依据桩后土体的荷载-位移曲线和变形特征,揭示了桩后土拱形成过程的3个阶段以及各阶段土体应力分布和变形的特征。研究结果表明:抗滑桩土拱的形成机制主要依赖于土体微元的荷载传递过程;土拱效应的形成过程受桩土相对位移的控制,且受桩间距的影响较大,而受土体参数的影响较小;抗滑桩土拱效应失效过程的数值模拟显示,土拱失效过程可分为3个阶段,且该过程受贴近桩体的土体的渐进破坏控制。土体强度和桩间距对桩后土体的荷载-位移曲线影响都较为显著。桩距相同时,随着土体强度的提高,桩后土体的极限荷载也越高,但对应的桩土相对位移量却较接近,同时软弱土体土拱效应的失效以'绕流'模式为主,而强度较高土体的土拱效应失效以'滑塌'模式为主;抗滑桩间距越小,桩后土体的峰值土压力越高,所对应的桩土相对位移越大。