抗滑樁應力-應變特性試驗研究

抗滑樁應力-應變特性試驗研究

1模型試驗的一般程序抗滑樁研究的主要方法包括模型試驗和數(shù)值分析。數(shù)值分析方法方便且投資少,但其精度依賴于樁-土相互作用參數(shù)、土體特性等參數(shù)的正確選取。而模型試驗可以根據(jù)需要具體設(shè)定,控制邊界條件、樁土材料特性,信息量大,可信度高,還可以驗證數(shù)值模擬分析。但模型試驗也有其自身的局限性,需要與其它研究手段相結(jié)合以準確分析抗滑樁應力-應變特性及變形過程。2抗滑樁室內(nèi)通用模型試驗2.1樁周土體破壞機理(1)文獻研究了樁前滑體具有不同極限抗滑力時抗滑樁的受力情況,樁埋入滑動面以下的深度不同時抗滑樁的受力情況,樁前滑體的抗滑力、樁身變位、彎矩及抗力的變化情況。該試驗采用有機玻璃模擬抗滑樁,滑動面用砂、黃油、機油和滑石粉以一定比例調(diào)配而成,樁前體的砂為疏松狀態(tài),滑床內(nèi)的砂分層夯實至緊密狀態(tài)。研究表明滑動面的存在和作用,決定了抗滑樁的受力條件。當滑動面以下樁前滑體的極限抗滑力(由滑動面的強度所控制)被克服,即雖有滑動面而不能真正起作用時,抗滑樁與普通地基中的側(cè)向受荷樁無本質(zhì)區(qū)別;當滑動面以上樁前滑體的極限抗滑力起作用時,最初,這部分抗滑力隨下滑力的增加而逐漸增大,分布圖式近拋物線,待抗滑力基本不再增大,分布圖式近于矩形或梯形,且穩(wěn)定的抗力值與樁前滑體的極限抗滑力基本一致。(2)文獻在滑體的被動區(qū)設(shè)置單排抗滑樁,提出了滑體為松散介質(zhì)時,作用在抗滑樁上的下滑力、樁前滑體抗力和錨固段地層反力的分布規(guī)律。該試驗采用四塊有機玻璃粘結(jié)而成模擬抗滑樁,2～3mm的石英砂模擬破碎巖體或含石較多的堆積層滑坡,滑動面采用塑料薄膜,在設(shè)樁位置的滑動面以下設(shè)置0.5m×0.5m×1.2m的石蠟、砂、木屑混融體模擬軟弱基巖。研究表明當滑體為松散介質(zhì)時,下滑力基本為三角形,合力重心在滑動面以上0.3h上(h上為滑動面以上樁長)處。樁前滑體抗力圖形接近拋物線,合力重心約在滑動面以上0.45h上處。樁前滑體抗力的大小和分布,除與滑體和滑動面性質(zhì)有關(guān)外,還與該滑體的大小和形狀以及樁前滑體的滑面傾角有關(guān)。滑體越大,樁前滑體的滑面傾角越緩,抗力越大,但不可能超過樁前滑體的剩余抗力?；瑒用嬉韵碌目沽D形為兩個對頂?shù)娜切?樁底支承條件接近自由端。(3)文獻在文獻的基礎(chǔ)上采用砂粘土模擬粘土滑坡或以粘性土為填充物的堆積層滑坡和坡積層滑坡,研究滑體為粘性土的抗滑樁。研究表明,當滑體為粘性土時,作用在抗滑樁上的下滑力仍然為三角形分布,下滑力重心約在滑動面以上0.26h上(h上為滑動面以上樁長)處,與滑體為松散介質(zhì)時下滑力的重心接近;樁前滑體抗力圖形接近拋物線形,合力的重心約在滑動面以上0.6h上處,較滑體為松散介質(zhì)時的滑體抗力的重心略高。當樁間距較大時,相當大的一部分下滑力從樁間溜走,與通過抗滑樁傳至滑體的下滑力一起推動該滑體向前移動,滑動面以下的抗力為兩個對頂?shù)娜切?樁底彎矩為零,樁底支承條件接近自由。(4)文獻采用空心硬鋁作為試樁材料,石英砂為試驗砂土,研究了樁周土破壞機理。作者進行理論推導并試驗驗證了抗滑樁樁周土體的破壞區(qū)域可分為三個區(qū)域,如圖1所示。①樁后被動Ⅰ區(qū):該區(qū)內(nèi)土體的極限承載力與樁寬B近似地成線形函數(shù)關(guān)系,當H≤H0與H近似成三次函數(shù)關(guān)系,與樁側(cè)邊寬度B1無關(guān);②樁后被動Ⅱ區(qū):該區(qū)內(nèi)土體的極限承載力,在一定范圍內(nèi),與側(cè)邊寬度和樁寬之比B1/B近似成線性函數(shù)關(guān)系,與H(H≥H0)成二次函數(shù)關(guān)系;③樁前主動Ⅲ區(qū):該區(qū)內(nèi)土體的主動推力,近似地與H成線性函數(shù)關(guān)系,與B近似成二次函數(shù)關(guān)系。主動推力遠遠小于被動區(qū)土體的作用力。其中H0為:樁后存在一深度H0,發(fā)生破壞時,位于H0以內(nèi)的土體向前向上運動,在樁后地面處形成隆起現(xiàn)象;位于H0以下的土體,不能向上運動,而處在一種水平運動狀態(tài)。(5)文獻進行了粘性土中抗滑樁試驗,旨在考察工作狀態(tài)下抗滑樁的內(nèi)力和變位,尤其是樁間距對它們的影響。試驗采用有機玻璃作為模型樁,充分重塑的長沙紅粘土作為滑體和滑床土。該試驗不同于別的模型試驗之處在于設(shè)計了一種模型槽(如圖2所示),無需另加外力,在土體重力作用下,即能提供較大的下滑力。作者認為其它模型試驗以人工加載來提供下滑力,其加載原理類似一個大剪切盒,由于外加推力的存在,很大程度上影響著樁后推力(即下滑力)的分布圖式,必然與天然滑坡有較大的差別。研究表明在單排抗滑樁試驗中,隨著樁間距的減小,樁身彎矩和樁頭位移隨之減小,而樁身所受總下滑力和總抗力卻不斷增大。(6)文獻做了一系列試驗,明確抗滑樁結(jié)構(gòu)各樁排之間滑坡推力的分配問題。試驗研究在非粘性土和粘性土中進行,利用密實粘土作為不移動的滑床土體,直徑20cm和40cm的鋼管做模型樁。研究表明,由樁排組成的防滑坡支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計時,若樁下端固定在不移動的土體中,而上端為自由端,則樁排(緊靠滑坡推力傳遞那側(cè)的為第一排)之間的滑坡推力可采取如下分配數(shù)值:二排的——第1排:0.55,第2排:0.45;三排的——第1排:0.5,第2排:0.3,第3排:0.2;四排的——第1排:0.35,第2排:0.3,第3排:0.2,第4排:0.15。2.2樁頂埋深對滑體的影響深埋式抗滑樁一般是指樁頂在地面以下有一定埋深的抗滑樁。文獻進行了深埋樁的模型試驗和數(shù)值模擬,說明深埋樁的受力分布規(guī)律、適用條件,以及深埋樁受到的滑坡推力大小與樁頂埋深之間的關(guān)系。試驗采用天然黃土分層夯填,模擬滑體,試驗介質(zhì)滿足與原型滑體巖土等強度的要求,1∶8水泥土模擬滑床,250號鋼筋混凝土做模型樁,與實際抗滑樁混凝土強度相當,滑床面上鋪設(shè)兩層塑料薄膜模擬滑面。研究表明:(1)滑坡推力如表1。(2)樁頂埋深率越大,樁前滑體直接承受的滑坡推力也就越大。(3)滑體的變形區(qū)域主要集中在地表面至樁頂面以上滑體,在樁前坡面上表現(xiàn)為水平和縱向裂縫。2.3預應力錨索抗滑樁預應力錨索抗滑樁是一種新型結(jié)構(gòu),具有主動、柔性支護,機械化程度高、勞動強度低,開挖工程量小,對滑坡擾動小,施工過程安全保障有較大增加的優(yōu)點。(1)文獻進行了室內(nèi)試驗,得到了該結(jié)構(gòu)受力及抗滑性的一些規(guī)律。試驗采用10cm厚人工拌和的均勻軟塑狀粘土模擬滑床,滑體的模擬填料為某地常見的坡積物,用人工篩選去大于12cm的塊石,每層填0.3m后用人工夯實,逐層填至設(shè)計高度(2.2m)。在距試驗樁樁頂10.0cm處設(shè)有一根?14的鋼筋拉桿,其中施加6kN的預應力,以模擬錨索,兩組中的拉桿上貼應變片。試驗結(jié)果表明,錨索樁和懸臂樁樁頂變位相差最大達7倍,顯示出錨索樁抗滑性能的優(yōu)越。預應力的施加對土體產(chǎn)生了“主動”的反壓力,改變了土壓力的分布規(guī)律。即懸臂樁的三角形分布變?yōu)榻铺菪畏植?。由于錨索中的預應力,使樁前的一部分土體受壓,該受壓區(qū)的巖土力學特性改變,其c、φ值將增大,這對于邊坡的穩(wěn)定,阻止邊坡滑動是有利的。(2)文獻通過室內(nèi)預應力錨索抗滑樁的模型試驗,以石英粉砂和細砂為模擬材料,得出幾組試驗數(shù)據(jù),探討了抗滑樁在破裂結(jié)構(gòu)滑體中的受力狀態(tài)和分布規(guī)律。試驗采用兩種滑體材料,一種為石英粉、細砂、油按比例拌和,分層夯實形成滑體;另一種為細粉砂,最大粒徑3mm。采用1∶4的水泥砂漿模擬滑床。在滑床上預先鋪設(shè)塑料薄膜模擬滑動面。采用矩形木條作為抗滑樁,銅芯導線模擬預應力錨索,傾角為20°,一端固定在滑床深處,另一端連接樁頂。對抗滑樁嵌巖部分作如下處理:用含水量為20%的粘土膠結(jié)在混凝土滑床中,膠結(jié)深度為樁長的1/3。根據(jù)試驗分析,預應力錨索抗滑樁在散體材料的滑坡體中,滑坡推力對抗滑樁的作用大致呈矩形分布。樁前滑體抗力較小,作為抗滑力可以作為安全儲備來考慮。3基于樁前滑動體模型分析的抗滑樁設(shè)計抗滑樁受力、變形狀態(tài)與自重引起的應力有很大關(guān)系。在土工離心模型試驗中,可以采用與原型具有相同物理參數(shù)的材料制造模型,用離心力來加大模型的應力量值,使之達到原型的水平。因此離心模型試驗中的應力應變關(guān)系及其它特性與原型完全等效,可以重現(xiàn)原型特性,較逼真地模擬現(xiàn)場復雜的條件,經(jīng)濟地預測現(xiàn)場不同規(guī)格和尺寸的樁的反應性態(tài)。文獻針對不同情況,按普通懸臂抗滑樁進行離心模型試驗,共進行8組,通過改變樁間距、基底材料及樁前土體坡度形式來分析不同情況下抗滑樁的受力及變形情況。試驗模擬的抗滑樁樁長為24m,模型的幾何尺寸按原型的1/100設(shè)計,試驗時離心機加速度為100g。滑床、滑坡體和抗滑樁均由原型材料制作,在滑體與滑床之間鋪兩層塑料布模擬滑動面,并在塑料布中間涂上凡士林以達到充分潤滑的目的。樁的埋深為全長的1/2。通過改變樁前滑動體的形狀,來模擬不同的樁前抗力對抗滑樁受力的影響。研究表明,在滑坡體材料為粘性土時,樁頂端有一段受負彎矩的作用,樁身最大彎矩位置與計算值相比明顯偏下?？够瑯堆貥渡淼淖畲髲澗仉S樁間距的增大而增大,但最大彎矩與樁間距的比值則隨樁間距的增大而減小。即使樁間距達10m,仍然能形成土拱作用。樁前土體所提供的抗力對抗滑樁的受力有較大的影響,樁前土體自身的穩(wěn)定性越好,對抗滑樁的受力狀態(tài)越有利。樁底約束條件接近固定端時,樁底