抗滑桩锚固深度对桩的内力及变形影响分析.pdf

年第 期水利技术监督理论研究:/抗滑桩锚固深度对桩的内力及变形影响分析赵兵兵(中铁第五勘察设计院集团有限公司 北京)摘要:抗滑桩是常用的一种边坡治理措施 为研究抗滑桩锚固深度对桩的内力及变形影响 基于数值模型分析了参数变化对桩身弯矩和桩体变形规律 结果表明:抗滑桩的锚固段深度随桩的截面尺寸的增大而减小 但桩截面尺寸增大到一定值时 锚固段深度减小速率保持稳定 相同条件下 方形桩的阻滑作用大于圆形桩 抗滑桩的锚固段长度对于桩的加固效应显著 当锚固段深度不够时 桩的阻滑作用减小 抗滑桩无法发挥治理效果关键词:抗滑桩 内力及变形 锚固段深度 数值模拟 加固效果中图分类号:文献标识码:文章编号:()收稿日期:作者简介:赵兵兵(年)男 工程师:抗滑桩是边坡工程中常用的加固手段 具有施工简单及适用范围广的优点 其中抗滑桩的锚固深度是目前学者们研究的重点和难点 郑齐银等基于数值模拟系统的研究了抗滑桩锚固位置和深度结果表明 边坡的稳定性随抗滑桩的锚固深度的增大而提高 但当锚固深度增大到一定程度时 边坡稳定性的增加逐渐减弱 马显春和罗刚基于物理模型试验系统的研究了倾滑面堆积层滑坡抗滑桩锚固深度确定方法 结果表明 滑带处的抗力最大且桩身弯矩随荷载增大而减小 于洋等基于 数值模拟研究了锚固深度对双排抗滑桩力学性能影响 结果表明 双排桩的位移、弯矩及剪力受锚固段深度的影响较大 其中桩的弯矩随锚固段深度增大而增大 当保持锚固深度不变时 桩的剪力逐渐减小且峰值向下移动 吴维义和李昌龙基于强度理论推导了抗滑桩锚固深度的确定方法 结果表明 桩的锚固深度随桩身截面的增大而减小 当锚固深度在一定范围内变化时 桩身弯矩呈反对称 张文居等基于 法研究了土体参数变异性对抗滑桩锚固深度的影响 结果表明 参数变异性越大 桩失效的概率越大 且桩锚固深度随抗剪强度参数的变异性大于对土体容重陈昌富等基于可靠度理论系统的分析了刚性抗滑桩嵌固深度可靠性 结果表明 抗滑桩的锚固深度对土体的抗剪强度参数较敏感 而对土体容重敏感性较弱 陈建峰等基于室内 模型试验系统的研究了抗滑桩锚固长度对均质边坡滑动面及抗滑能力影响 结果表明 抗滑桩加固深度随锚固段长度增大而增加 此外 锚固段长度大于最优锚固深度时 桩身上部的受拉区减小 下部受压区增大 实际工程中 桩的最优锚固长度应综合考虑岩性及桩性质等因素综合确定本文基于 数值模拟 系统研究了抗滑桩锚固深度对桩的内力及变形影响 本文的研究可为类似工程提供参考 工程概况与数值模型 工程概况研究区滑坡位于某丘陵地带 边坡总长度约为 高度约为 根据当地水文气象资料显示 研究区多年平均降雨量为 雨季集中于每年的 月 年平均温度为 最高气温为 钻孔资料揭示 研究边坡滑体主要为碎石土 滑面为基覆界面 根据现场调查 该滑坡一旦失稳 会造成巨大的人员伤亡 因此采用双排抗滑桩进行治理 桩长为确定为 桩间距为 滑坡的具体尺寸及典型剖面如图 所示 数值模型建立本文以图 所示的边坡为研究对象并建立数值分析模型 其中边坡长度为 高度为 抗滑桩长度为 数值模型的边界条件为底部约束 个方向的自由度 左右两侧施加水平方向的约理论研究水利技术监督 年第 期束 顶部为自由面 对于桩土接触本文采用罚函数进行模拟 其中桩土的摩擦系数假定为 根据既有研究 本文对模型中所采用的土体的物理力学参数见表 岩土体计算本构采用摩尔 库伦抗滑桩采用线弹性本构 桩身及承台采用 混凝土 其中抗拉强度为 抗压强度为 模型网格总数为 个 节点个数为 图 边坡典型剖面图表 材料物理力学参数取值岩土体弹性模量/泊松比重度/(/)内聚力/内摩擦角/()滑体 滑带 滑床 计算结果与分析数值计算中采用强度折减法进行边坡稳定性计算 对于边坡失稳状态的判断 本文以数值模拟的不收敛及滑坡位移发生突变作为判别依据 根据数值计算研究的滑坡稳定系数为 小于规范规定的安全性要求 因此需要采用抗滑桩进行处置对于分析不同工况下的计算模型时 本文确定的滑坡失效的判断标准定为 锚固深度与桩长度的关系首先不同桩身长度下 抗滑桩的受力状态与桩长的关系 图 分别为固定桩的自由段长度为 计算不同锚固长度下桩身弯矩和桩身位移的变化规律 结果表明 当桩长为 锚固段长度为 时 由于桩没有锚固作用 导致抗滑桩不能发挥阻滑作用 抗滑桩失效 进一步增大桩的锚固长度为/时 桩身的弯矩和桩身位移基本一致 其中 桩身的最大负弯矩出现在桩长为 的位置 最大负弯矩对应的锚固段深度为/工况下的 而桩身的最大正弯矩出现在桩长为 的位置 最大正弯矩对应的锚固段深度为/工况下的 此外 但当锚固长度为/时 抗滑桩的弯矩发生突变 这主要是由于过大的锚固段长度所导致的 根据以上分析实际工程中 一般可取锚固段长度为/桩长为最优锚固段长度图 桩身弯矩的变化图 桩身位移的变化 锚固深度与截面尺寸的关系进一步分析桩的锚固段长度与桩截面的关系得到图 和图 桩身弯矩和桩身位移的变化趋势图 图 结果表明 抗滑桩桩身弯矩随桩的截面尺寸增大而增大 这是因为 桩的截面尺寸增大 桩的刚度随之增大 从而导致桩的抗滑作用增强 其中 桩截面尺寸为 的桩和 的方桩与直径为 的圆形桩的桩身弯矩值基本保持一致 但当桩的截面尺寸增大至 时 桩身弯矩显著增大根据图 桩身位移随随桩身截面尺寸的变化规律结果表明 对于桩身截面尺寸为 的方形 年第 期水利技术监督理论研究桩和 的方形桩的桩身位移基本保持相同 桩顶处的最大变形在不同截面尺寸下的值分别为、但综合图 的结果表明 桩身截面尺寸越大 桩的阻滑能力越强图 桩身弯矩的变化图 桩身位移的变化 锚固深度与岩体强度的关系为了的到抗滑桩锚固深度和岩体强度之间的关系 本文进一步计算了在保持桩身截面尺寸不变的情况下 岩体强度与锚固段深度的关系如图 所示 其中 代表桩身截面尺寸为 的方形桩 代表桩身截面尺寸为 的方形桩 代表桩身截面尺寸为 的方形桩 代表桩身截面尺寸为 的方形桩 代表桩身截面尺寸为 的方形桩 代表桩身截面尺寸为 的圆形桩 代表桩身截面尺寸为 的圆形桩 结果表明 不同工况下 桩身位移的最大值出现在桩顶位置 在不同的岩体强度下 桩身弯矩沿深度呈反对称分布 对于锚固段序号为 的情况下 桩身弯矩大小基本相同 但对于序号 的工况下 桩身弯矩发生突变 此外图 结果表明 桩身位移随岩土体强度增大而增大 并且位移零点的位置随岩体强度的增大而显著向桩顶移动 对于序号为 号工况下的桩变形显著大于其他 种工况下的桩体变形图 桩身弯矩的变化图 桩身位移的变化综合以上分析发现 桩的锚固深度随岩体强度的增大而减小 在其他条件不变的情况下 岩体强度越大 桩顶变形越大 当滑坡的下滑力达到一定上限值时 有可能会导致抗滑桩在滑面处发生剪切破坏 结语本文采用有限元手段研究了抗滑桩锚固深度对桩的内力及变形影响 分析了不同参数变化对桩身弯矩和桩体变形规律 得到以下结论理论研究水利技术监督 年第 期()抗滑桩的锚固段长度对于桩的加固效应是显著的 当锚固段深度不够时 桩的阻滑作用减小甚至消失 抗滑桩无法发挥治理效果 一般可取锚固段长度为/桩长为最优锚固段长度()抗滑桩的形状对边坡加固效果有影响 相同条件下 方形桩的加固效果大于圆形桩()锚固段深度随岩体强度参数增大而减小在其他条件不变的情况下 岩体强度越大 桩顶变形越大 当滑坡的下滑力达到一定上限值时 有可能会导致抗滑桩在滑面处发生剪切破坏参考文献 郑齐银.基于/的抗滑桩锚固位置和深度分析.中国公路():.马显春 罗刚 邓建辉 等.陡倾滑面堆积层滑坡抗滑桩锚固深度研究.岩土力学 ():.于洋 孙红月 尚岳全.锚固深度对双排抗滑桩力学性能影响.岩石力学与工程学报 ():.吴维义 李昌龙.基于数值计算的抗滑桩锚固深度分析.路基工程():.张文居 赵其华 刘晶晶.参数变异性对抗滑桩锚固深度可靠度的影响分析.水文地质工程地质():.陈昌富 杜翠翠 张根宝.基于双参数法刚性抗滑桩嵌固深度可靠性设计.湖南大学学报(自然科学版)():.陈建峰 郭小鹏 田丹 等.抗滑桩锚固长度对均质边坡滑动面及抗滑能力影响研究.同济大学学报(自然科学版)():.余政兴 孙宁.引发某近坝库岸滑坡失稳临界蓄水位研究.水利技术监督():.何佳楠 石强 吴震宇.考虑各向异性渗流的重力坝深层抗滑稳定分析.水利规划与设计():.(上接第 页)形渠道断面尺寸优化组合.水利科技与经济 ():.肖旻 王正中 吴浪 等.寒区预制混凝土衬砌梯形渠道弹性冻土地基梁模型.水利学报 ():.王功.梯形断面渠道水力最佳断面函数研究.水科学与工程技术():.刘裕.引水干渠梯形渠道衬砌结构冻胀破坏力学分析.黑龙江水利科技 ():.欧祖贤 聂会冲 刘克浩 等.梯形加糙渠道岸边流速系数的探讨.水利科技与经济 ():.宋禹德 王文娥 胡笑涛.梯形渠道分流量及其影响因素初探.西北农林科技大学学报(自然科学版)():.(上接第 页)测试的单桩承载力()采用 法计算出桩侧各土层的平均摩阻力和端阻力 根据余下入土桩长可推算出单桩最终承载力能够满足设计要求 土体恢复分析表明 恢复期较短 后期承载力仍会有较大提高()受土阻力和高频振荡的影响 初打测试的完整性指数存在明显偏差 复打值较为可靠 桩身完整性判定还应结合多个打桩指标综合分析()未能在桩端设计标高处测试 未能测试出土体完全恢复的龄期 单桩承载力推算值偏于保守 但可用于反馈钢管桩承载情况并指导施工参考文献 曹广越.无损检测技术在水利工程质量检测中的应用.水利技术监督():.陈凡 徐天平 陈久照 等.基桩质量检测技术.北京:中国建筑工业出版社.王雪 峰 吴世明.基 桩 动 测 技 术 .北 京:科 学 出 版社.水运工程基桩试验检测技术规范.建筑基桩检测技术规范./.建筑地基与基桩检测技术规程.宋富新.打桩监测()试验在工程项目中的应用.广东土木与建筑():.单显勇.打桩监测与检测在打入式预制桩中的联合运用.浙江建筑():.郭伟.海上风电基础钢管桩打桩监测.工业建筑():.刘洁.高应变法在水闸基桩抗压承载力检测的应用.西部探矿工程():.闫朋.高应变动测法在桥梁桩基检测中的应用分析研究.建筑与土木():.胡兴昊 黄邦 王幸.大直径钢管桩承载力恢复过程试验研究.水运工程():.戴东鹰.海上风电大直径单桩基础承载力时效性研究.中国水运():.于海鹏 张震 罗震.海上深厚淤泥层大直径钢管桩竖向抗压承载性能现场试验研究.工程勘察():.张召彬 张开伟 赵海超 等.海上大直径开口钢管桩打桩分析与承载形状研究.岩土工程技术 ():.码头结构设计规范.