分析土壤抵抗水平荷载下刚性Antislide堆

文摘

为了研究轴承的特点和失效机理刚性antislide桩在水平荷载下,刚性的压力antislide桩横向轴向位移大负荷下,利用弹塑性理论,分析了有限元分析和模型试验。附近的近端塑料土压力理论公式桩在水平力与土壤的深度。结果表明,标准土壤参数的变化不敏感和土壤的影响参数对许用应考虑桩侧土阻力面前。随着桩的横向力的增加,桩附近的土壤逐渐摧毁了在这一过程中,截面的衰落的最大桩侧土阻力的。当桩顶的水平位移是20毫米和70毫米,土壤电阻值和终极土壤电阻值在桩前可以选择,分别。塑性区发展到前面和底部的桩以同样的速度,在一个45°角与重力的方向。当位移达到34毫米,明显的塑性区发展更深的深度。结果可以提供一个理论依据antislide桩的设计和应用过程中边坡保护。

1。介绍

有很多岩石斜坡或陡峭的地形在道路建设。边坡的岩石和土壤的身体很容易不稳定和滑坡,然后影响高速公路的建设和正常运行时受液压作用,地震、人工爆破,和其他因素。Antislide桩在保护边坡工程中扮演不可或缺的角色在许多边坡处理方案。

antislide桩的主要功能是从土壤抵抗滑动推力保持边坡稳定。维持这种稳定状态,antislide桩应首先产生足够的抵抗周围的土壤,不得损坏或产生大的倾斜和位移1]。因此,有必要解决分析公式的偏心载荷联合作用下桩顶和桩体的水平分布载荷2),发现滑坡推力作用于antislide桩和转移之间的关系antislide桩和桩的向前滑力3]。理论上,肖(4)建立屏蔽antislide桩的力学分析模型,取得了良好的实际效果;Zhang et al。5)认为基础反应系数的反应水平荷载下桩;Yokoyama [6)系统地总结了桩侧阻力的各种计算方法。至于内力的计算和土壤抵抗水平荷载桩- - - - - - 曲线法是世界上使用最广泛的方法之一。它考虑土的非线性和分层特性,适用于大型桩顶的水平位移由于桩(水平轴向载荷7]。马特洛克(8)提出了 - - - - - - 曲线法结合室内土三轴压缩试验的结果与应力-应变研究土壤的电阻法时的横向荷载下的桩。随后, - - - - - - 曲线桩基应力计算方法(9,10的软粘土和沙子也通过动态和静态负载测试。例如,王et al。11]研究桩侧向静载荷下的性能测试和单身,双向循环荷载试验。王等人。12]分析了粘土强度参数的影响 - - - - - - 曲线,提出的计算方法 - - - - - - 通过室内模型试验曲线的淤泥。之后,研究人员(13,14]了地震液化的影响,饱和,超孔隙压力的变化削弱了沙的计算 - - - - - - 曲线。与此同时,一些学者研究了土拱效应产生的antislide桩在模拟滑坡15)和损伤机制micro-antislide桩和土之间的相互作用16通过有限差分法),然后与模型试验的结果(17,18),把它们付诸实践,均取得了良好的工程效益。

上述研究成果的基础上,首先弹塑性理论分析了;相应的塑料土阻力计算公式建立了桩基础在水平方向上,与当前标准文档。土壤的阻力行为的刚性antislide桩在水平方向大位移载荷下使用有限元软件进行了分析。然后,它与室内模型试验。本文的目的是解决问题,如缺乏桩极限承载力理论,相关领域的不完整的计算方法,提供技术指标和理论依据土壤阻力的设计在刚性antisliding成堆的面前。

2。理论分析,最终在水平方向土壤抵抗

2.1。计算塑料负载下制服带负载

2.1.1。计算一个点在土压力

假设土壤的问题是半无限弹性体和土壤表面作用于统一的负载 。在这一点上,最大和最小主应力之间的关系和在任何时候土壤中如下:

在哪里是行动的方向之间的角度和垂直方向。

根据布西涅斯克的解决方案,没有基础埋深时,主应力之间的关系如下:

它可以看到从方程(3),只有一个变量的方程, 。因此,的前提下视角的两个点相同,主应力也是一样的。换句话说,点以同样的土壤中主应力可以封闭成一圈的宽度均匀分布载荷弦长和周向角,如图1。

2.1.2。确定塑性区范围

额外的压力作用在基础表面上 , 基础的埋置深度,是基础表面的总压力的作用下外部负载,然后呢自重应力的基础。

平等的前提下自重应力的土壤(土壤侧向系数 ),土自重应力的各个方向 。然后,任何点的主应力土壤中总应力的作用下可以获得基础埋深时: 在哪里土壤的加权平均体重高于地下室土壤的重量低于地下室。

当点在剪切破坏的极限状态,其主应力满足吗

方程(4)和(5)同时解决,解决后,我们可以得到

上述公式的扩展深度塑性区水平载荷下桩顶部。条件下的均布荷载 ,行动的宽度和 ,和各种强度参数的土壤,深度可以获得,不同深度的点吗可以连接到获得塑性区扩展范围的土壤。

2.2。电阻的计算塑料土桩在水平方向

基于文克尔地基模型的假设和解决方案的大型和小型主要强调在无限均匀带负载下,临界土壤在桩端阻力可以计算。任意点的主应力表达式土壤中水平荷载作用下桩前。在这里,取而代之的是 , 取而代之的是 ,和静止土压力系数,见

土壤中某点的主应力层和土壤强度参数必须满足所示的不平等关系方程(8),如果应力状态或相交切线强度包络线,根据莫尔-库仑强度理论。

在这里,当我们设置 , ,和 _,方程(8)也可以简化为

这样,上面的问题可以简化之间的位置关系和 如图2。在十字路口的图2,这一点的应力状态变化从弹性到塑性,和和上下边界的塑性区,如图3。

根据临界状态之间的关系,方程(9)可以解决获得土壤阻力之间的关系桩前和深度 :

重力压应力存在于各个方向,前面的阻力的塑料土桩计算如下:

已知条件下的土壤参数,公式(10)可用于获得阻力的理论公式的塑料土桩与土的深度 。

3所示。理论分析和规范的比较

为了便于计算,综合内摩擦角通常是用来取代剪切强度吗和桩侧土的影响范围内的18],它的值可以计算根据方程(11),根据平等原则的剪切强度。

在哪里桩侧土的穿透深度。

为了满足要求的水平压应力不应超过基础的水平容许土壤阻力(参考设计负荷计算的规定antisliding桩代码),水平允许的计算土壤阻力的基础上可以分为两种情况根据横向坡度的大小的基础。

当 或者可以忽略不计,它计算根据方程(131)。

当 ,它是根据方程计算(132)。

在哪里和在土壤的容重和滑动面以下,分别。是桩的滑动面之间的距离和地面;滑动面之间的距离,计算点,如图4。

根据实际的工作条件,土壤参数如表所示1。antislide桩的长度是20米,埋深是13米。土壤的滑动体的上部和下部层黄土paleosoil,分别和桩端嵌入基岩。假设均匀土壤边坡的研究很温柔,和 。容许土壤阻力之间的关系曲线和深度的锚固段桩可以通过方程计算(11)和(131),和相应的结果如图5(一个)。数据5 (b)和5 (c)分别显示改变内摩擦角计算的结果根据标准规范和方法提出了条件下的凝聚力 ;数据5 (d)和5 (e)分别显示的变化结果内摩擦角计算根据标准规范和方法提出了条件下的内摩擦角 。

从图可以看出5(一个),最初的许用压应力计算方程(11)大于给定值的标准规范公式,但增长率重要参考标准规范公式中土壤阻力随深度的增加略大于计算值在方程(11)。更重要的是,当土壤的深度是常数,与土的内摩擦角的增加,虽然这两个公式显示非线性增长,土壤参数的影响在本文计算公式(数据越来越明显5 (b)和5 (c))。数据显示5 (d)和5 (e),当土壤深度是常数,计算的临界土壤阻力公式提出了略低于标准规范容许土壤阻力计算的公式。然而,增长率而言,计算的临界土壤阻力公式提出了大大受到土壤强度参数的影响 ,这显示了一个快速增长的特点。结果表明,标准规范的方法对土壤参数的变化不敏感,设计是保守的。

4所示。有限元分析

4.1。模型设计方案

Midas软件被用来分析分布形式,变化规律和分布特征的土壤抵抗水平荷载作用下桩面前。操作,假设坡体滑动推力代替桩的位移载荷,和横向坡度因素被忽略。此外,桩横截面积等因素的影响,土壤特性在桩,强度参数,并考虑土壤异质性。

4.2。模型的建立

4.2.1。准备部3 d网格和单位

根据实验结果的计算精度和模型大小,9582个元素在Ansys划分,然后,该模型导入到大富翁。假定桩的宽度是2米的桩的方向(正面和背面)和3 m桩的方向(一边)。模型的宽度是20米在双方和30米的前方和后方,桩直径的10倍。之间的边界距离模型的桩头和底部是7米,如图6(一)。

模型的结果表明,计算结果不收敛,桩的承载力小于经验值只设置在每个表面接触表面时桩埋的地方。只有当界面元素后面的接口上设置和不渗透的底部,计算结果接近实际。这种现象可以解释如下:桩绕某点水平力的作用下,但是下面这一点,桩和土仍在密切接触。的设置接触表面的完整桩界面会导致土壤位移变形桩和相互入侵的单位双方的接触表面。因此,具体设置情况如图6 (b)。

4.2.2。材料本构模型和参数

antislide桩嵌入土壤的横向刚度远远大于桩周围的土壤,,很难产生高应力下的变形。因此,土层被视为弹塑性体,和antislide桩被视为齐次线性弹性体。根据实际工程情况下,选择刚性桩混凝土和土的相关参数如表所示2。

4.2.3。边界条件和外部负载

边界条件采用的有限元模型如图所示7(一)。桩顶的水平位移载荷是用于替换滑力的作用力在滑坡过程中桩。一个刚性块的弹性模量100 GPa和面积 水平位移和桩。桩顶的位移增加2毫米至500毫米,负载执行刚性块1米的中心从桩顶防止强迫位移荷载对桩产生应力集中,如图7 (b)。

4.3。结果和分析

剪切力在不同部分的选择形式2 m位置远离桩顶(下缘的刚性块)根据相等的间距(1米)获得桩在不同负载下的剪力分配图,如图8。模型结果表明,剪切力在上面的悬臂部分桩的表面保持不变,和水下桩截面的剪切力增加然后减少土层的深度,达到剪切应力的峰值点约9米。

桩的水平载荷下,刚性antislide桩的承载力主要取决于土壤阻力在桩和桩侧摩擦阻力。从图8 (b),不同桩的横向位移的位置随着土壤深度的增加线性增长,总体布局是“部门”在地面以下9.4米桩身位移值的信号变化点,从地面的土壤深度9.4米是正的,桩身位移和桩位移超过9.4米是负的,桩身发生扭转这一点。

4.3.1。桩的位移之间的关系和土壤阻力

土壤阻力在桩在不同深度提取,研究其与桩顶的水平位移变化,如图9。

负载作用于桩顶位移高度与土壤阻力在桩在不同深度(图9)。恒定负载条件下,土壤阻力在桩顶与桩的满载排水量呈正相关。当土层的深度小于3米,土壤屈服现象出现。桩侧土阻力的逐渐减缓随着位移的增加负载。桩侧土阻力的仍然显示了一个线性增长趋势,而增加减少逐渐随着土壤深度的增加,土壤深度大于3米。例如,当土壤深度是0 ~ 1 m, 1 ~ 2米,和2 ~ 3米,桩顶荷载位移对应土壤产量是150毫米,300毫米和400毫米。一个可能的解释是,前面的产量的土壤桩与土层的深度。换句话说,土层的深度越深,越明显的桩侧土的屈服现象。此外,横向自重压力土层的深度成正比,额外的压力更大的土壤达到极限强度。

为了进一步探索土壤阻力的分布规律前桩沿桩身和桩侧土阻力的变化在不同的负载下,桩侧土阻力的分布在不同的位移进行了研究,和相应的结果如图10。

如图10,桩侧土阻力的基本上保持一个上升趋势随着深度的增加恒定负载条件下的桩顶的水平位移不超过20毫米;曲线开始下降缓慢,深度超过4 m(图10)如前所述,桩旋转大概在9.4米的水平位移荷载下桩,桩的水平位移减小线性和深度。然而,旁边的土桩的地基系数是积极与土壤深度的增加成正比。试验结果表明,4 m是一个转折点,水平位移的减少以上这一点不影响土壤阻力在桩的地基系数、地基系数低于这一点的增加和减少位移基本上相互抵消。此外,桩侧土阻力的继续显著减少当深度大于4米。随着桩顶的水平位移进一步增加,土壤阻力的分布在桩沿桩越来越明显,和之间的差异最大和最小值显著增加。这表明上滑动土壤拥有强大的推力桩的影响,导致明显的应力集中的桩顶荷载桩侧土的前面。更重要的是,土壤阻力在桩出现负当负载大于9.4米。这是因为随着深度的增加桩的底部挤压前的土壤下桩很小,桩身侧的滑体挠曲变形发生。

基础的分布有一个重要的关系的形式加载,如带负载。因此,本文以桩侧土阻力的中线部分0 ~ 1米的深度范围内为例,进一步讨论了桩侧土阻力的分布及其变化趋势随着负载的增加。变化规则下的桩侧土阻力在不同的桩顶水平位移图所示11。

从图我们可以看出11,桩顶的水平位移的增加,桩侧土阻力的分布显示了明显的应力集中,和两侧土壤阻力之间的差距在中间桩和土阻力逐渐增加。桩侧土阻力的增加迅速增加的桩顶位移加载。当桩顶位移超过100毫米,由稀疏和稠密的曲线变化,桩侧土阻力在变得越来越小的影响下桩顶的水平位移。过程表明,桩承受越来越多的滑动推力的逐渐增加,桩顶的水平位移,但土壤桩前不能提供足够的抵抗,最后,桩受损,斜率是不稳定的。

4.3.2。最终土壤阻力

根据工程的经验,当桩侧土达到终极土壤阻力,塑料流或软化。具有重要意义,探索终极土壤阻力部分位置的变化规律与桩顶的水平位移的设计和桩基的稳定性验算。

选择几个转折点的曲线的最大土壤阻力位置的桩与桩顶的水平位移,如图12。当位移载荷小于20 mm,最大桩侧土阻力位置前的大约是7.5米。急剧上升,达到一个峰值发生在20 ~ 70毫米的范围,表明土壤桩前从弹性到塑性变化在这个时间和最大抗土壤深度为1.88米,继续保持稳定状态的范围在70 ~ 200毫米。然后,它慢慢地下降;它表明,土壤桩前的收益率正逐渐从塑料。网格划分后可能会有一些差异和实际地层,图中的拟合曲线代表的整体变化部分土壤阻力最大的位置。当桩顶的水平位移是20毫米和70毫米,相应地,土壤阻力在A点和B点图10分别是259.615 kN和129.808 kN,可以用作参考价值的终极土壤阻力和近端塑料桩侧土阻力面前。

在弹性阶段,荷载与位移成正比,桩土变形和桩侧土阻力减少先后从桩头。当完全塑性变形发生在前的土壤桩,桩周围的土壤,达到水平极限阻力产生了,和它的阻力不再是与桩顶的水平位移成正比。此外,桩底附近的土壤也开始产生,及其土壤阻力基本上不会改变。从本质上讲,桩不稳定的过程是渐进的过程产生的失败面前的土桩。

假定土层的抗剪强度参数antislide桩锚固段的 和 。土壤电阻值对应桩前20毫米和70毫米的位移,本文计算公式和土壤电阻值的变化规律得到的规范与土壤深度图进行了总结13。

桩旋转过程中,桩侧土的压缩,和土壤阻力逐渐随土壤深度的变化。换句话说,在不同深度的土壤不同时接受整形失败。相比之下,本文结果相对低于标准规范。与前面的分析,这是因为土壤深度的影响更多的被认为是标准的公式。附近土壤的密实度和孔隙度影响桩底土层的深度,它是复杂和繁琐的计算分层土。因此,标准是简化,增加土壤的抗剪强度所导致的土壤阻力随深度的增加被认为是更好的土壤特性的结果由深度的增加引起的。本文推导出的公式适用于深层土壤和缓坡层。

如图14塑性区分布,垂直侧面的土桩水平位移的20毫米,100毫米,200毫米和400毫米的桩前,分别显示。桩体也有横向偏转,导致桩端和桩土接触面大变形。可以看出,在桩顶的水平位移,桩周围的土壤产生压缩变形甚至断裂破坏,桩间土的塑性区交叉和重叠。原因是antislide桩的刚度大,背后的土壤桩无法提供足够的侧向抗压强度(19- - - - - -21]。同时,周围的土桩变形也用,导致土拱效应。当桩方法背后的负荷极限值,土的塑性区范围的扩展,桩和土相互发生错位,相对位移急剧增加。背面的塑性区发展正面的桩,桩和塑性区连接之前,摧毁了土拱,antislide桩失去保留功能,土壤被挤压(22]。在这个过程中,桩往往是向上拉出,土拱的破坏过程只是反映了塑性区发展规律。

5。室内模型试验

5.1。相似的比例模型试验

为了模拟刚性的失效模式和失效机理antislide桩在水平荷载下现实,与仿真结果比较,验证其准确性,实验室模型试验正在进行。相似比的关系如表所示3,土壤土壤模型和原型的材料参数选择表4和5。

5.2。在模型试验测试元素和土层的设置

应用MTS制动器在水平反复荷载试验,最大是50 kN,最大水平位移可以应用是260毫米。位移增量测试前设置为2毫米。在测试期间刹车自动加载。一个正方形钢板垫片 设置制动和桩之间的接触点,和桩的操作点大约是20厘米。

首先,该模型箱处理。槽钢框架和木挡板在模型箱用于保留保护。根据图(15日)模型桩就位,然后,模型的土壤样本分层夯实。在每一个预定的灌装高度,提出了根据图测试组件15 (b)。桩顶的水平位移加载以10毫米为第一级,直到最大位移。加载时间间隔为15分钟。最后,数据读取和记录。图16是模型的布局和负载图框。

5.3。桩侧土阻力在刚性Antislide面前的特点

如图17土压力,以细胞的埋深0.55米为例。两条曲线的数值模拟和模型试验几乎有相同的变化规律。数值模拟曲线的拐点是14毫米,和临界点是34毫米。数值模拟的曲线出现一个转折点约14毫米,达到一个临界点约为34毫米。首先,桩顶的水平荷载与桩顶水平位移的线性关系,并应用一个顶大部队只能导致一个小位移。在弹塑性阶段,一小堆上的负载会使桩产生大位移,位移的增加是在第一阶段的26.5%左右。当桩周围的土壤变得完全塑料,减少位移比前一个阶段更低,和位移增加约22.3%的在第一阶段。

在大富翁选择当量间距为0.05,我们可以画出等值线图的塑性应变区土壤桩顶在不同位移图制造18。从图可以看出,较大的桩顶的水平位移,桩侧土背后体现的塑性区明显的沿一定方向发展的特点。起初,塑性区发展的前面和底部以同样的速度。和桩土边境的角度45°,约当负载到达32毫米塑性区明显较低范围的深入发展,结合图17开始时发现,由于数值计算桩顶水平位移的达到68毫米不收敛,最大射程的塑性区没有出现在桩土接触面或桩身侧向位移的最大化,但地下深(23,24]。

如图19强大的推力下,桩斜坡滑动体,压缩前的土壤桩,并使土壤达到极限强度并导致明显的压裂失败。桩与桩分离背后的土壤。随着桩穿透深度的增加,模型测试数据基本上是小于有限元分析的结果。这是因为横截面应力为模型试验选择相对较低,而桩侧土阻力的不是桩压缩表面均匀分布,因此仿真结果选择平均横向应力。浅中层土壤基本收益,靠近中性指向0.95年土壤桩侧土阻力约为0,位移桩侧土阻力的正面和负面的变化点上下相对较近,近距离的桩侧土阻力的表面土壤更充分,位移的桩侧土阻力和积极的和消极的变化点的位置,越远的距离点位移比较大。因此,桩侧土阻力更大(25]。

6。结论

(1)通过理论分析,理论公式的近端塑料桩侧土阻力面前获得土壤深度的变化并与代码。结果表明,标准的土壤参数的变化不敏感,设计是保守的。土壤的影响参数对桩侧土阻力面前应该考虑在后续工程建设(2)土壤阻力值129.808 kN和259.615 kN可作为参考的近端塑性土壤阻力和极限阻力值在刚性antislide桩前,分别。本质上,桩周围土拱的失败过程反映了法律发展的塑性区在桩的埋深。当最大土壤阻力部分达到峰值,桩的水平承载力的极限值作为刚性antislide桩的水平承载力(3)实验室模型试验的结果表明,塑性区深度以下桩扩张在一定方向。起初,塑性区发展到前面和底部的桩以同样的速度,在一个45°角与重力的方向。当位移达到34毫米时,塑性区发展深度明显降低。桩顶的水平位移越大,桩和土之间的相对位移就越大。当桩侧土阻力面前到达极限值时,桩土之间的相对位移、将大幅增加到塑性区连接,桩的保留效果将会失败,斜率会不稳定

数据可用性

测试数据用于支持本研究的结果包括在本文中。读者可以获得数据支持研究结果从测试数据表。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

作者的贡献

宇歌制定研究论文的思想和收集和总结实验数据;Yaunyaun香港检查了文章并提出一些重要的建议;王Siqi协助完成数值模拟,检查了文章,并提出一些重要的建议;伟峰赵检查了文章并提出一些重要的建议;陈路协助完成数值模拟并帮助翻译论文;凯冯提取的数据模型的测试和实验提供了指导思想。

确认

我要感谢所有研究小组的成员对他们的关心和帮助,特别是我的导师,教授香港渊源。我要感谢我的同事对他们的关心和鼓励我的学习和生活。谢谢你的公司的实验;我向前勇敢地面对各种挫折。

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