相邻Pile-Anchor结构的抗滑机理考虑交通负载斜率

文摘

针对这一事实目前锚索的抗滑效果分析和抗滑桩结构尚未完成,相邻pile-anchor复合结构的协同机制研究交通负荷。首先,自由振动分析的边坡动态模型是由使用一个三维有限元数值模拟方法。通过改善斜率边界条件的时域分析,时域方程的动态模型的交通负荷作用于斜坡的顶端是解决准确,和响应法桩锚复合结构的内力也描述。桩锚复合结构抵抗的机制对边坡滑动通过内力增量提出:这内力增量估计为73.4%,而锚索是26.6%。复合结构提出了协调共享滑动的力量。低排的内力锚电缆89.48 kN比的上一行,内力增量是四倍,表明较低的锚索在边坡加固更有效。作为边坡的顶部的变形更大,上层的预应力锚索应该增加以避免过度变形引起的“连锁失败”。结果,协调法律锚桩的内力透露,和反滑共享机制是澄清。邻pile-anchor复合结构的设计思想,提出了以0.2还是0.3乘以剩余下滑力,预应力锚索的设计值。这个想法完全考虑预应力群锚的抗滑效果,减少了设计抗滑桩截面的大小,为优化设计提供一个理论支持组合抗滑结构和节约项目投资。

1。介绍

高斜率可能采用相邻桩锚复合结构(图1)加强措施,它不仅可以依靠被动加固边坡的抗滑桩减少开挖体积也使用预应力群锚的积极强化限制边坡变形,减少抗滑桩的设计荷载,使它广泛引用于工程实践1,2]。此外,工程技术的快速发展改变了大部分研究结果基于静态到动态(3,4]。近年来,相邻pile-anchor结构的动态响应特征已经成为一个研究热点在边坡工程5]。

Le et al。6)使用有限元分析软件计算并分析结构系统的动态响应的支持交通载荷作用下基坑和系统地研究了水平位移的变化规律的抗滑桩和锚杆的轴向力。Rainieri et al。3]研究了嵌入式在动力荷载下挡土墙的响应特性和获得相关的模型参数的灵敏度系数墙稳定性,改善现有的嵌入式挡土墙的设计指标。Koca等人,只是et al。7,8)使用三维极极射赤面投影原理分析螺栓的动态,从而获得最优锚固角螺栓。与传统方法相比,验证了结论的可靠性。瞿et al。9,10]研究了预应力锚索桩的地震响应表壁通过振动台模型试验,揭示了土压力的分布规律和地震作用下预应力桩单墙进一步的理解提供一个可靠依据的抗震性能和抗地震机制的结合预应力板桩墙。Zhang et al。11,12)使用振动台模型试验来研究小角度的地震响应特征分层在下降,相对于罢工,斜坡方向,垂直方向的斜率。结果对建筑物的抗震设计有一定的参考意义在小角度分层倾向于网站上。

本文首先总结了近年来的研究成果。在桩锚结构的理论研究中,研究人员系统地讨论钢筋结构的力学机制方面的弹性参数、强度参数、断裂损伤参数和本构关系。然而,pile-anchor结构的抗滑机理的描述还没有完成,并协调其内力的特征还缺乏系统的研究。结果,工程设计往往忽视了对边坡预应力锚索加固的效果(13,抗滑桩的设计尺寸变得往往太大,充分发挥其优势的边坡加固,导致大量的工程资源浪费。鉴于上述缺点,本文研究了相邻锚桩结构的抗滑动机制下的交通负荷。在数值模拟方法中,斜率是改进的时域分析边界条件,结合Lysmer表面粘性边界的方法与传统的地面支持边界采用减少大错误引起的波反射弹性边界条件,以准确描述桩锚结构的动态响应机制。摘要相邻复合桩锚结构的设计思想,提出了这充分考虑边坡预应力锚索加固效果,减少抗滑桩截面的设计规模和提供理论支持桩锚复合结构的优化设计。

2。安全分析桩锚复合结构

2.1。边坡工程特性

本文认为作为一个案例研究的重庆涪陵Shizhu高速公路建设项目。依靠K18 + 480∼690路段的边坡工程、边坡高度是32米,长度是168米,滑移体的面积大约是10800米²。地层发生323°∠32°与边坡发生328°∠58°小角度,和潜在滑动面软弱夹层稳定性差,属于平面滑动层状岩石边坡。斜率是根据四层平台,挖掘和每个平台是8米的高度。上有一个重建的二级公路边坡顶部。飞机和主滑段斜率图所示2。

由于提出了高速公路路基的开挖,右侧斜率是免费的,和边坡的稳定性是由岩石地层的倾角和综合层间剪切强度。有泥质夹层的斜率。等几个因素的诱导下大气降水外负载,或手挖,滑动面进一步渗透,从而使层的强度大幅降低。这方面的风险增加了软弱夹层的边坡滑动,因此强烈降低其稳定性。此外,表面的斜率是受风化层容易碎,所以相邻桩锚结构用于加固边坡。考虑交通负载斜率,可以假定负载的立场是一贯的自由表面;在这种情况下,应该分析pile-anchor复合结构的安全。

2.2。有限元模型的大小和力学参数

边坡加固方案如下:广场抗滑桩是安排在第二个平台,长20米,第三个斜坡表面是由双排钢筋预应力群锚,20米的长度和锚固段长度10米。边坡的岩性由砂岩、粉砂质泥岩,粉砂质土壤。软弱夹层对边坡稳定的影响是通过建立模拟岩石接触表面。基于考虑到边坡尺寸效应,建立了边坡的有限元数值模型,如图3。通过实验室测试和相关规范,岩体的力学参数和pile-anchor结构如表所示1。

2.3。三维数值模型

规模的3 d有限元模型1:1,固体元素和岩石地层建模遵循Coulomb-Mohr标准。沿着模型扩展24米Z设在,桩间距为6米。抗滑桩和锚索框架梁由梁单元模拟,这是方便的内力值。锚索的模拟嵌入桁架(14- - - - - -20.),这是很方便的内力变化特征,并与其他元素节点的耦合不能考虑。有限元数值计算软件MIDAS / GTS NX用于建模。这是一个专业的岩土工程有限元分析软件应用程序,特别擅长边坡稳定分析。有限元数值模型如图4。

2.4。特征值分析边坡的动态模型

自由振动分析被称为特征值分析。通过这个分析,动态模型的特征值,即固有频率和振型,得到了。在边坡动态有限元计算,有必要削减从身体的自然地质有限计算域。边界条件设定边界,然后建立了动态分析方程。解决动态问题,利用结构动力学的原理和方法21- - - - - -23]。模型的边界条件如下:底部是一个固定的边界,x方向位移约束双方z纵向方向位移约束。摘要弹性边界是用来计算特征值的动态模型,即反应系数定义的弹性边界表面弹簧。

计算公式如下。

水平反应系数:

垂直反力系数: 在哪里 , , , 和对应的横截面区域岩层在水平和垂直方向,分别E是弹性系数,被认为是1.0。计算每个岩层的反应系数如表所示2。

的固有频率和振型振动系统的自然特征,及其广义特征值方程 在哪里和是振动系统的刚度矩阵和质量矩阵,分别和和固有频率和振动模式。

确定固有频率的特征方程

从方程(每个固有频率得到后4),相应的自然模式可以得到方程(3)。因此,所有特征值和(我= 1,2,…n,n可以确定是自由度)通过使用方程(1)和(2)。自然频率应符合 和 。

根据每个岩层的反应系数计算基础,边坡动态模型的特征值分析结果如表所示3。

3所示。桩锚复合结构的动力响应机制

基于特征值的斜率动态模型,边坡位移和桩锚复合结构内力在任何时间在交通荷载可以在时域计算分析模型。动态平衡方程如下: 在哪里质量矩阵;阻尼矩阵;刚度矩阵;是动载荷;是加速度;是速度;和是相对位移。

因为弹性边界条件将产生大的错误由于反射波,边坡动态模型的时域分析是解决相结合提出的弯曲的粘性边界Lysmer et al。24- - - - - -27)和传统的地面支持边界,可以准确地描述桩锚复合结构的动力响应特性。

3.1。计算粘性边界阻尼常数

为了定义粘性边界条件,有必要计算边坡模型在三维空间中阻尼比。根据P波(压缩波)和年代波(横波),阻尼比的计算公式如下: 在哪里是体积弹性系数(kN / m²);G是剪切弹性系数(kN / m²);压缩波衰减常数;和是横波衰减常数。 在哪里泊松比和吗E弹性系数(kN / m²)。每个岩层得到的阻尼常数如表所示4。

3.2。时域分析的交通负荷的斜率

摘要线性时间历史的直接积分法分析,并计算出的固有频率上述特征值代入方程(6)和(7)来计算对应的质量和刚度的因素。交通负荷的斜率,在汽车车轮经过路面上的某点在一定的速度,车轮荷载的变化在这一点上是一个先增加然后减少的过程,及其压力曲线半波正弦曲线。的压力影响汽车驾驶在道路下的岩石和土壤的质量可以被重复近似模拟不连续半正弦曲线(28- - - - - -31日]。正弦加载波形图如图5。

根据的要求“规范设计的高速公路地基”JTG d30 - 2015,结合的实际驾驶环境重建道路、驱动负载作为50 kN / m。交通荷载模拟正弦波,500 kN的最大集中力是应用于二级公路。在图中,t是汽车轮子的动作时间,△t驾驶机动车辆的间隔时间,P₀交通荷载振幅。时域分析的动态数值模型顶部的交通负载下的边坡坡度图所示6。

3.3。边坡顶部位移的动态响应机制

根据计算,水平位移和沉降响应交通荷载下的斜率顶部的斜率图所示7。

从图可以看出7斜率大二级公路产生的位移响应在水平和垂直两个方向。由于支持和锚定效应的锚桩复合结构,位移不穿透了软弱夹层,形成一个连续的滑动面,斜率是仍然稳定。最大水平位移和沉降是7.48毫米和15.16毫米,分别。

(图七个特征点8中心轴的选择)的二级公路边坡顶部。每个点的水平位移和沉降响应曲线在交通荷载如图9。

从图可以看出9的水平位移和沉降响应法律每个特征点是一致的交通荷载下斜坡。点的水平位移响应P₇是最大的7.45毫米,最大振幅和结算点P₆是最大的一个最大振幅为15.08毫米。斜率仍稳定,没有不能复原的水平位移和沉降在二级公路。结束后的流量加载时间的历史,每一个特征点的水平位移和沉降返回到初始状态。没有不可复原斜坡的变形。

3.4。桩锚复合结构的内力响应机制

轴上的内力的抗滑桩可以直接获得通过使用梁单元模拟,即桩推力和阻力之间的差异的堆。最大压力的部分桩,和锚桩的内力组合结构静载下的总和。pile-anchor复合结构的内力响应曲线在斜坡上的交通负载如图10。

根据图10,响应法律桩水平内力和交通荷载下的边坡水平位移是一致的。在加载的初始阶段,桩内力不会改变太多,主要与抗滑桩的位置在坡脚附近。改变历史的流量加载时间,抗滑桩可以抵御斜率幻灯片通过增加内力。抗滑桩在水平方向上的最大内力316.05 kN,桩锚复合结构的内力达到最大值t时间和最大抗滑桩内力响应增加引起的交通负载91.55 kN。

结果表明,预应力锚索的位置更接近于滑动面,交通荷载内力更敏感的边坡,边坡的滑动是通过增加内力有限。结合图7,斜率最大变形的集中区域。因此,在桩锚复合结构的抗滑设计,上一行的预应力锚索应该增加以避免锚索的“连锁失败”引起的过度变形。的最大内力降低行锚电缆143.69 kN,和上一行是119.30 kN。交通荷载引起的内力增量33.19 kN和8.29 kN,分别。可以看出,低排电缆的抗滑效果更大。

在工程设计中,边坡预应力锚索加固效果的桩锚复合结构经常被忽略,它只被视为安全储备(32]。根据上述分析,内力增量交通荷载下的桩锚复合结构边坡顶部124.74 kN,在抗滑桩的内力增量占73.4%,和锚索的占26.6%。换句话说,邻pile-anchor结构间接提出的协调共享滑动强行通过增加他们的内力。在此基础上,邻pile-anchor结构间接的协调共享滑动强行通过增加他们的内力。这样,pile-anchor结构相结合的设计理念,提出了使用0.2到0.3倍边坡加固前的剩余下滑力初步。预应力锚索的设计值,通过减少设计抗滑桩截面的大小,可以提供一个参考pile-anchor组合结构的优化设计。

4所示。共同稳定边坡Pile-Anchor复合结构的特征

基于K18 + 480∼690节Fuling-Shizhu高速公路边坡工程建设项目为例,地球压力计和锚索应力计(图11)是用于监控锚桩复合结构的内力很长时间了。锚索的额定张力传感器1∼10000 kN,和精度±0.02%;土压力计的精度±0.1%。

根据现场施工条件和边坡的变形特性,主要的边坡滑动面附近的部分被选中。锚桩组合结构的内力变化定期观察。图12显示了部分仪器监测。

从图可以看出13低的水平内力行锚电缆米_{1 - 1},米_{1 - 2}89 kN比那些上层行吗米_{2 - 1},米_{2 - 2},内力增量17 kN,即上部排锚索增加四倍。此外,它表明,边坡滑动从顶部向下延伸到脚,和较低的抗滑效果行锚电缆显著大于上一行。此外,在垂直方向的内力米_{2 - 1}和米_{1 - 1}主要滑动面附近是更大的比米_{2 - 2}和米_{1 - 2}另一方面在同一水平上。期间t₁∼t₂的交通负载斜率,预应力锚索内力的一个正弦波与交通负载模式一致。这表明产生的内力响应锚索,和锚索的最大内力增量是24.58 kN在此期间。

抗滑桩背后的推力小于桩的阻力面前,和抗滑桩的内力增量可以通过整合两者的区别。根据计算,抗滑桩的最大内力增量74.48 kN期间t₁∼t₂。桩锚复合结构的内力增量交通荷载引起的边坡顶部99.06 kN。在加载时间,和锚桩的内力是协调。其中,75.19%的抗滑桩和预应力锚索的24.81%承担斜坡巩固效果,验证了有限元数值模拟分析结果。

5。结论

通过建立相邻pile-anchor结构的动态模型结合交通荷载下斜坡,相邻桩锚复合结构的协同机制进行了研究。摘要交通负荷动态模型的时域方程误差斜率相结合是解决Lysmer表面粘性边界与传统地面支持边界。桩锚复合结构的内力响应规律是准确地描述,并提出了内力协调机制。主要结论如下:(1)桩锚复合结构的内力增量交通负荷下顶部的斜率为124.74 kN,抗滑桩的占73.4%,锚索占26.6%。邻pile-anchor结构间接的协调共享滑动强行通过增加他们的内力。通过内力协调,结合结构展品的特点有效地抵制边坡的滑动。(2)低的内力增量行锚电缆是四倍的行,和低行群锚加固效果的显著大于上一行。考虑顶部的位移斜率较大,建议在桩锚的抗滑设计复合结构,上一行的预应力锚电缆应避免过度变形的增加降低行锚电缆,导致“链失败。”(3)桩锚复合结构的设计思想,提出了0.2∼0.3倍剩余下滑力在边坡加固预应力锚索的设计值,这可以减少抗滑桩截面的设计尺寸,并提供参考桩锚复合结构的优化设计。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项研究得到了国家自然科学基金(51908382)、国家自然科学基金委的河北省(D2020210004和E2019210311),以及国家重点实验室的独立项目的结构力学行为和系统安全的交通工程、石家庄铁道大学、中国(ZZ2020-21)。

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