Force analysis of pile foundation in rock slope based on upper-bound theorem of limit

Based on the characteristic that the potential sliding surfaces of rock slope are commonly in the shape of either line or fold line,analysis thought of conventional pile foundation in the flat ground under complex load condition was applied and the upper-bound theorem of limit analysis was used to compute thrust of rock layers with all possible distribution shapes. The interaction of slope and pile was considered design load in terms of slope thrust,and the finite difference method was derived to calculate inner-force and displacement of bridge pile foundation in rock slope under complex load condition. The result of example shows that the distribution model of slope thrust has certain impact on displacement and inner-force of bridge pile foundation. The maximum displacement growth rate reaches 54% and the maximum moment and shear growth rates reach only 15% and 20%,respectively,but the trends of inner-force and displacement of bridge pile foundation are basically the same as those of the conventional pile foundation in the flat ground. When the piles bear the same level lateral thrust,the distribution shapes of slope thrust have different influence on inner-force of pile foundation,especially the rectangle distribution,and the triangle thrust has the smallest displacement and inner-force of pile foundation.

Research on Deformation and Force of Bridge Pile Foundation on High and Steep Slope in Mountainous Area

With the rapid development of my country’s economy, the demand for infrastructure construction is also increasing. However, in most areas of China, the terrains are mountainous and hilly. Some projects have to be built on steep slopes. Choosing viaducts or half-bridges on high-steep slopes is not only conducive to the protection of the surrounding environment, but also conducive to the stability of the slope. Bridges usually choose the form of pile foundation-high pier bridge. This paper uses numerical simulation to study and analyze the bridge pile foundation of the slope section. Relying on actual engineering, use the finite element software ABAQUS6.14 to establish a three-dimensional finite element model to study the bearing mechanism and mechanical characteristics of the pile foundation under vertical load, horizontal load and inclined load, discuss the influence of the nature of the soil around the pile and the stiffness of the pile body on the deformation and internal force of the bridge pile foundation in the slope section. The analysis results show that the horizontal load has a great influence on the horizontal displacement of the pile, but has a small influence on the vertical displacement, and the vertical load is just the opposite. Inclined load has obvious “p-Δ” effect. The increase in soil elastic modulus and pile stiffness will reduce the displacement of the pile foundation, but after reaching a certain range, the displacement of the pile foundation will tend to be stable. Therefore, in actual engineering, if the displacement of the pile foundation fails to meet the requirements, the hardness of the soil and the stiffness of the pile can be appropriately increased, but not blindly.

A semi-infinite beam theoretical model on predicting rock slope subsidence induced by underground mining

When the mining goaf is close to the cliff,rock slope subsidence induced by underground mining is significantly affected by its boundary conditions.In this study,an analytical method is proposed by considering the key strata as a semi-infinite Euler-Bernoulli beam rested on a Winkler foundation with a local subsidence area.The analytical solutions of deflection are derived by analyzing the boundary and continuity conditions of the cliff.Then,the analytical solutions are verified by the results from experimental tests,FEM and InSAR,respectively.After that,the influence of changing parameters on deflections is studied with sensitivity analysis.The results show that the distance between goaf and cliff significantly affects the deflection of semi-infinite beam.The response of semi-infinite beam is obviously determined by the length of goaf and the bending stiffness of beam.The comparisons between semi-infinite beam and infinite beam illustrate the ascendancy of the improved model in such problems.

Research on Effect of Heap Loading on Deformation and Mechanical Properties of Bridge Double Pile Foundation on Steep Slope

In order to analyze the deformation and stress characteristics of the pile foundation on the slope, this paper uses the finite element software Abaqus for numerical simulation. The displacement and stress data of pile under different working conditions (the combination of heap load and vertical load and horizontal load and inclined load) were collected;the distribution of pile displacement, axial force and bending moment were analyzed. Simulation results show that: slope top loading has little effect on vertical displacement; when the heap load exceeds 200 kPa, the horizontal displacement is greatly affected. Pile axial force decreases with pile burial depth;pile lateral resistance plays a more adequate role in the rock and soil layer. The bending moment of double pile foundation is positive at the top and negative at the bottom. Applied oblique load has obvious p-Δ effect.

非对称破坏模式下临坡地基的Meyerhof承载力新解

利用统一强度理论的平面应变强度方程,综合考虑中间主应力、基础至坡肩的水平距离、边坡高度和基底粗糙情况等因素,提出临坡地基坡面非对称破坏模式和坡底非对称破坏模式,继而建立条形基础下临坡地基新的Meyerhof承载力解答,给出具体应用步骤并开展理论退化分析与对比验证。研究表明:考虑坡后土体强度贡献所提出的非对称破坏模式更符合临坡地基的实际破坏形态;所得临坡地基Meyerhof承载力解答与文献模型试验和数值模拟均吻合良好;中间主应力可明显提高临坡地基的承载力;临坡地基承载力随边坡高度增加先减小后恒定。研究结果合理反映了土体强度的中间主应力效应、破坏模式的非对称性以及基础旁侧土体强度等工程实际情况,对临坡地基优化设计具有一定的理论指导意义。

基坑提前排水围堰渗流稳定及排水策略研究

围堰渗流及边坡稳定关系到围堰自身稳定以及基坑能否及时形成干地施工条件,极大影响到主体建筑物的工期。依托于澜沧江TB水电站围堰施工与基坑排水工作,对围堰防渗墙各施工阶段基坑水位骤降条件下的堰体渗流稳定与边坡稳定性进行了研究。结果表明:随着防渗墙的施工逐步完成,围堰体浸润线的再次稳定用时逐步减小,且基坑内外水位差更大的条件下浸润线稳定用时更长;在围堰防渗墙处于一期槽施工完成二期槽泥浆固壁条件下,若能控制基坑单次水位骤降不超过0.9 m,则堰体边坡能保持稳定,此时可允许基坑提前排水。在此基础上,对TB水电站基坑提前排水策略及方案进行了研究。研究结果可为类似工程提供参考。

含建筑桩基的顺层岩质边坡桩锚支护体系振动台模型试验研究

基于Bockinghamπ定理,对具有建筑桩基的顺层岩质边坡桩锚支护体系开展振动台模型试验,通过分析预应力锚索、建筑桩基的应变以及边坡坡顶加速度,研究支护体系的动力响应规律。结果表明,预应力锚索的应变在地震波加速度达到峰值时达到最大值,且上排锚索受力大于下排锚索,随着地震幅值的增大,最上排锚索锚固段率先发生滑移破坏失去锚固作用;建筑桩基应变最大值点位于滑动面以下一定深度,且远离边坡坡面的建筑桩基受力大于邻近边坡坡面的建筑桩基;坡顶各点峰值加速度随地震波幅值增大整体表现为线性增大,但在Wenchuan-Wolong波(0.55g)和Sin波(0.4g)工况时,各点峰值加速度相对有所下降,随着地震波幅值增大,各点峰值加速度放大系数在汶川波和正弦波作用下并非单调变化,而是表现为先减小后增大波动变化特点。

嵌入既有桥台锥坡偏压基坑变形特性研究

新建大桥墩柱紧邻既有大桥桥台锥坡,墩柱承台基坑嵌入既有桥台锥坡形成偏压基坑,为研究嵌入桥台锥坡偏压基坑的变形特性,研究基于济南黄河大桥扩建项目墩柱承台基坑支护工程进行了分析,结果表明:增强偏压侧围护结构刚度,合理确定拆撑方案,提高承台基坑回填强度,避免桥台锥坡变形。

高边坡下方管廊基坑支护设计方案比选

人工填土高边坡的坡体稳定性差,因其土体未经压实,开挖极易引起坍塌,对周边建(构)筑物的基坑开挖产生严重的安全隐患。根据人工填土高边坡下南宁凤岭管廊基坑开挖的工程地质条件,分析了基坑设计的难点。对钻孔灌注桩、SMW工法桩、钢板桩3种管廊基坑常用的支护形式进行了对比,在综合考虑整体刚度和强度、基坑安全性、费用、施工速度等因素后,最终确定采用具有降低施工成本、可对施工材料重复利用、地下空间资源污染低的SMW工法桩作为该基坑的最佳支护方案。此方案可对今后类似工程的设计施工提供借鉴和参考。

高陡岩质临坡地基承载力试验研究与数值模拟

针对高陡岩质临坡地基开展了不同坡角、坡距下承载力试验。结合深废矿坑工程采用数值模拟对高陡岩质临坡地基承载力影响因素进行了模拟计算与分析。研究结果表明:(1)承载力系数(η)随坡角(β)的增大而逐渐减小,随坡距(B)的增大呈非线性增长,当B超过一定距离时,η几乎不再增长且接近1.0;(2)相较β,地质强度指标(GSI)对η的影响更大,二者呈非线性同步增长;(3)锚索可提高η,设置4道锚索对η的提升效果较好,继续增加锚索数量对η的影响较小。

“双碳”战略下基坑和边坡工程发展进展与展望

随着“碳达峰”“碳中和”战略的实施,建筑工程领域中低碳化策略、可持续发展变得尤为重要。随着物联网、人工智能、BIM技术、绿色材料的不断发展与应用,基坑和边坡工程中也涌现出了数字化、智能化、低碳化等新的可持续发展方向。结合近年来我国基坑和边坡工程的典型案例,归纳总结了绿色低碳支护及监测的新技术、新工艺、新装备以及基坑边坡碳排放计算方面的新进展,并对“双碳”背景下基坑和边坡工程未来发展的新趋势做了展望。

有限元强度折减法分析软基边坡稳定性

有限元强度折减法在均质土坡和岩石边坡中已有较多的研究和应用,但应用到强度较低的软基边坡,其模型网格划分和边界条件,与均质边坡有所不同。经对比研究得出软基边坡模型的网格节点密度达到每米2点较为适宜,模型边界应以修正后的坡高H来界定。结合具体工程案例,利用有限元强度折减法复核其稳定,并与极限平衡法进行了对比,结果表明前述网格划分和模型边界设置较为适宜,且有限元强度折减法可以较好的反映边坡应力应变分布。

坝基缓坡预裂开挖中不同布孔方式下的爆破扰动比较分析

在坝基缓坡预裂开挖中,为解决传统主爆孔或缓冲孔顺坡布设时(称之为顺坡布孔)钻孔效率低的问题,工程建设者尝试采用了反坡钻孔的方式(称之为反坡布孔),有必要对两种布孔方式下坝基保留岩体扰动情况进行比较分析,以指导工程实践。依托白鹤滩水电站坝基缓坡开挖,分别开展了顺坡布孔与反坡布孔两种开挖方式下的现场爆破试验,同时借助LS-DYNA三维动力有限元模拟,比较分析了两种布孔方式下保留岩体的爆破损伤演化特性与振动分布规律,并揭示了不同布孔方式下的内在力学作用机制,最后综合考虑开挖成型效果与施工速率,对坝基缓坡开挖方案的选择进行了探讨。结果表明:两种布孔方式下由预裂孔引起的保留岩体扰动情况基本一致,区别在于主爆孔或缓冲孔引起的累积损伤效应与爆破振动,内在原因在于炮孔与保留岩体轮廓面夹角的变化。相对顺坡布孔,反坡布孔因增大了主爆孔或缓冲孔与轮廓面的夹角,减少了传输至保留岩体的爆炸能量,有利于减轻对保留岩体的扰动,可减小损伤深度约11.6%~13.9%,降低爆破振动约6.4%~53.7%。

陡坡段穿越溶洞桩基竖向承载特性离心试验

为了研究陡坡段桥梁桩基穿越溶洞时的竖向承载特性,利用离心模型试验,研究陡坡坡度一定时,桩顶竖向荷载作用下溶洞高度变化对桩基础荷载-沉降曲线、桩基极限承载力、桩身轴力及桩侧阻力的影响,给出影响桩基竖向承载特性的关键参数.结果表明,在桩长及桩基入岩总深度一定的情况下,桩基竖向极限承载力随溶洞高度的增大而减小,极限承载力减幅随溶洞高度的增大而增大.当洞高小于1.2倍桩径时,极限承载力的减幅不明显.当洞高大于2.4倍桩径时,极限承载力的减幅显著增大.桩身轴力的衰减速度在粉质黏土层内较小,在持力层内较大,在溶洞范围内基本不衰减.当洞高大于2.4倍桩径时,持力层范围内的轴力衰减幅度显著增大.桩侧阻力在持力层内显著大于上部岩土层,在溶洞范围内几乎为零.随着溶洞高度的增大,桩基础竖向极限承载力中桩侧阻力的占比逐渐减小,当洞高大于2.4倍桩径时,桩侧阻力减小了65.5%,桩基由摩擦桩逐渐向端承桩转化.

考虑冻拨影响的寒区渠道衬砌冻胀破坏力学模型分析

地下水浅埋或窄深式衬砌渠道,渠顶竖向冻胀对渠道低温稳定性影响较大,容易产生衬砌断裂、整体上抬冻害,而现有渠道冻胀工程力学模型仅分析渠坡法向冻胀。该研究考虑了渠顶竖向冻胀引起的冻拔与渠坡法向冻胀共同作用,建立了考虑冻拔的渠道冻胀工程力学模型。以冻胀敏感土质为例,应用渠道水–热–力三场耦合数值模拟,研究不同渠坡倾角、不同宽深比、不同地下水位条件下冻胀情况,以探明渠道衬砌冻拔机理,明确冻拔产生时竖向与法向冻胀分布规律。提出了冻拔破坏发生的临界坡长、临界地下水位、冻拔危险位置计算方法,同时给出了冻拔状态下渠道衬砌板内力、渠坡抗冻拔强度等计算方法。结果表明:衬砌冻拔最大拉应力与冻深和渠坡倾角正相关,与地下水位负相关。经数值模型验证,最大拉应力误差为1.5%,冻拔位置误差在16.01%以内。宁夏灌区土质条件下,冻结线半径函数斜率范围为1.047~4.040。模型解释了小型渠道易整体冻拔上抬及宽浅式渠道抗冻拔优越的原因,可以对渠道衬砌抗冻胀结构进行定量分析,为工程设计、规范修订提供参考。

邻近运营隧道的大型基坑放坡开挖影响与实测兮析

[目的]基坑及隧道因建设过程的差异存在复杂的耦合作用,在基坑施工过程中会不可避免地对既有运营隧道产生扰动,引起隧道的位移,严重时将影响隧道运营安全。因此,有必要研究合理的基坑开挖方法和开挖步序,以减少基坑开挖过程中对既有邻近隧道的影响。[方法]依托某下沉式广场基坑,采用有限元数值模拟的方法针对邻近既有隧道的基坑的4种开挖工况进行研究,分析了不同开挖方法、开挖步序下的隧道内力分布规律、位移变化趋势及地层变形特征,比较了不同工况对施工期间隧道变形的影响,并结合基坑开挖期间的现场实际监测数据加以验证分析。[结果及结论]与拉槽放坡开挖相比,普通放坡开挖引起的隧道竖向变形较小;与整层开挖相比,接续开挖引起的隧道竖向变形较小;不同工序的隧道竖向变形最终结果较接近;与接续开挖相比,整层开挖引起的隧道水平变形比较大,这主要是由开挖步序多、基坑的时空效应明显所导致。根据现场实际监测数据,施工期间隧道竖向变形、水平变形,以及轨道竖向相对变形呈现先增大、后减小的趋势。

库水位升降对桥区岸坡稳定性的影响分析

为研究水位升降对桥区岸坡稳定性的影响,以西南地区某桥区岸坡为研究对象,基于饱和-非饱和渗流理论,采用geostudio软件系统分析了桥区岸坡在水位升降过程中渗流场、位移场与稳定性的变化规律,并探讨了桥基水平位移的变化规律。结果表明,在水位升降时,岸坡渗流场具有明显的滞后效应。初蓄水与高水位工况下,坡面监测点的水平位移在正常蓄水位以下先增大后减小,在正常蓄水位以上逐渐增大;水位骤降工况下,坡面监测点的水平位移迅速增大。初蓄水与水位骤降工况下,桥基水平位移迅速增加;高水位工况下,桥基水平位移在坡内浸润线以上时持续增加,在坡内浸润线以下时逐渐减小。较陡的桥区岸坡水平位移较大,应采取相应的加固措施。桥区岸坡的稳定性系数在水位骤降时迅速减小,且在水位骤降约21.32 m后桥区岸坡的稳定性已不满足工程要求。

深大基坑边坡绿色装配式面层防护结构受力与变形分析

[目的]深大基坑开挖活动会破坏土体原始应力场的平衡状态而产生变形,采用GRF(绿色装配式)面层防护结构能在绿色环保、高效施工的前提下控制基坑变形,因此需对深大基坑边坡GRF面层防护结构的受力与变形性能进行深入研究。[方法]以南宁国际空港综合交通枢纽深大基坑工程为依托,采用有限元数值模拟与现场实测相结合的方法,研究基坑边坡顶部GRF面层防护结构,以及基坑内部桩间GRF面层防护结构的受力与变形规律。[结果及结论]随着基坑开挖深度的增大,基坑边坡顶部的最大水平位移出现位置逐渐向坡脚方向移动,最大水平位移为8.67 mm;采用GRF面层防护结构能有效提高基坑顶部边坡的稳定性,锚杆能将GRF面层所受的部分荷载传递至土层中,进而减小GRF面层的变形与受力;桩间距对土拱效应发挥的影响较大,本工程桩间距可提高至2.5 m左右,桩间土拱效应在桩顶下方7~8 m处最为明显。

基于HGWO-SVR模型的竖向受荷斜坡桩基沉降预测

采用灰色关联分析深入研究了竖向荷载作用下斜坡桩基沉降的关键因素,各因素影响程度由大到小排序为:弹性模量>临坡距>斜坡坡度>内摩擦角>黏聚力>土体密度>土体泊松比>桩长>桩径。为优化支持向量回归(SVR)模型参数,引入差分进化,建立混合灰狼算法(HGWO),提出了一种新的HGWO-SVR模型。该模型与GWO-SVR和GS-SVR模型相比,表现出更显著的预测优势,整体预测精度高,误差较小。基于HGWO-SVR模型构建了斜坡桩基沉降的预测模型,并将其预测结果与已有沉降计算公式计算结果进行对比,结果表明,HGWO-SVR模型预测结果与公式计算结果最大误差为6.55%,验证了该模型在斜坡桩基沉降预测方面的可行性。

Winkler地基上边坡锚固框架设计计算的简明有限差分法

为克服现有Winkler地基上边坡锚固框架设计计算的有限差分法需假设框架在锚杆处截断的问题,通过建立受集中荷载作用的Winkler地基梁的挠曲微分方程,提出无需做截断处理的简明有限差分法。基于提出的差分方法,改进锚杆拉力在框架纵横梁上的分配与调整方法,并采用Matlab开发功能完善的程序。结果表明:有限差分数值解具有较高的计算精度,框架外伸段直接计算结果会出现负的土抗力,致使计算结果偏于不安全,可通过调整该段边界条件的方法予以消除,使最终计算结果更加可靠。本研究开发的差分程序对锚固框架整体设计提供了一种高效的计算方法。