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1.
This paper presents an embedded beam formulation for discretization independent finite element (FE) analyses of interactions between pile foundations or rock anchors and the surrounding soil in geotechnical and tunneling engineering. Piles are represented by means of finite beam elements embedded within FEs for the soil represented by 3D solid elements. The proposed formulation allows consideration of piles and pile groups with arbitrary orientation independently from the FE discretization of the surrounding soil. The interface behavior between piles and the surrounding soil is represented numerically by means of a contact formulation considering skin friction as well as pile tip resistance. The pile–soil interaction along the pile skin is considered by means of a 3D frictional point‐to‐point contact formulation using the integration points of the beam elements and reference points arbitrarily located within the solid elements as control points. The ability of the proposed embedded pile model to represent groups of piles objected to combined axial and shear loading and their interactions with the surrounding soil is demonstrated by selected benchmark examples. The pile model is applied to the numerical simulation of shield driven tunnel construction in the vicinity of an existing building resting upon pile foundation to demonstrate the performance of the proposed model in complex simulation environments. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd. 相似文献
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在引入围桩-土耦合式抗滑结构的基础上建立数值分析模型;通过分析该抗滑结构中围桩-土的应力、应变分布规律,详细探讨围桩-土整个结构的耦合效应特征。进一步开展模型试验,测试并分析围桩前、后土压力和桩身弯矩分布特征,论证了围桩-土耦合式抗滑结构的作用机制。最后,分析了桩后距离、不同深度及不同土体强度参数对土拱效应的影响。得到：（1）围桩与桩内土体耦合呈现出4种应力拱形态：紧邻围桩后为扩肩型拱、围桩间双曲线型拱、围桩间凸向桩外的抛物线型拱、围桩间凸向桩内的抛物线型拱;（2）相邻围桩采用约4倍桩径间距、正六边形布置并顶部用圈梁固结、锚固一定深度可形成一种耦合式抗滑结构。该结论对于该新型抗滑结构的推广应用具有一定的指导意义。 相似文献
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Mehmet Rifat Kahyaoğlu Gökhan İmançlı Gürkan Özden Arif Ş. Kayalar 《Environmental Earth Sciences》2017,76(19):656
A catastrophic landslide following a rainy season occurred in the backyard of a school building in Söke, Turkey. The landslide caused property damage and adversely affected the present forest cover. Immediately after the landslide, double-row stabilizing piles were designed and constructed based on the findings of two-dimensional (2D) finite element (FE) analyses to take an urgent precaution. To remedy the problem, pile displacements were monitored using inclinometers, and it was observed that the measured displacements were greater than the values calculated in the design stage. Accordingly, two different three-dimensional (3D) numerical FE models were used in tandem with the inclinometer data to determine the load transfer mechanism. In the first model, numerical analyses were made to predict the pile displacements, and while the model predicted successfully the displacement of the piles constructed in the middle with reasonable accuracy, it failed for the corner piles. In the second model, the soil load transfer between piles was determined considering the sliding mass geometry, the soil arching mechanism and the group interaction between adjacent piles. The results of the second model revealed that the middle piles with large displacements transferred their loads to the corner piles with smaller displacements. The generated soil loads, perpendicular to the sliding direction, restricted pile deformations and piles with less displacement were subjected to greater loads due to the bowl-shaped landslide. A good agreement between the computed pile displacements and inclinometer data indicates that the existing soil pressure theories should be improved considering the position of the pile in the sliding mass, the depth and deformation modulus of stationary soil, the relative movement between the soil and piles and the relative movement of adjacent piles. 相似文献
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低填方桩承式路堤在交通荷载下的动力响应特性与路堤的承载能力及其稳定性密切相关。基于前人的室内模型试验,采用PFC2D软件建立了桩承式路堤离散元数值分析模型;采用数值双轴试验、数值单向压缩试验分别对路堤填料和桩间土的细观参数进行了标定;同时,根据路堤荷载传递效率对模拟结果与试验数据进行了对比分析,验证了离散元数值模型的正确性及适用性。在此基础上,在低填方路堤表面施加正弦波循环荷载,并对路堤荷载传递效率、接触力分布及路堤沉降等的变化规律进行了分析。模拟结果表明：在循环荷载作用下,低填方路堤中土拱结构的承载力先逐渐弱化并最终趋于稳定;该弱化作用在宏观上表现为路堤荷载传递效率的逐渐降低,而在细观上则表现为桩顶及桩间土上方接触力差异程度的逐渐减小;同时,土拱结构的弱化将不断加剧路堤表面的不均匀沉降。 相似文献
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桩间土拱效应离心模型试验及数值模拟研究 总被引：5，自引：2，他引：3
抗滑桩的设计理念是采用非连续结构,利用土体自身强度形成的拱效应来达到支挡的目的。通过离心模型试验,对抗滑桩加固滑坡形成土拱效应的现象进行研究,再现了桩间土拱形成的现象及其破坏模式。根据试验现象提出两种典型的土拱破坏模式,即拱顶发生破坏和拱脚发生破坏,并提出改善拱脚受力,防止土拱拱脚发生破坏的工程措施。基于离心模型试验,采用二维颗粒流方法对桩间水平土拱的应力分布和破坏过程进行数值模拟分析,提出土拱破坏的判别标准为抗滑桩所承担的荷载发生急剧变化,此时土拱传递荷载的功能部分失效,并研究了桩间土拱承载力与桩间净距的关系。随着桩间净距的增大,土拱承载力变化的趋势并非线性的减小,当桩间净距增大到一定程度后,土拱承载力会急剧减小,由此可合理确定桩间距的范围。 相似文献
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为合理计算抗滑桩桩间挡土板的内力与变形,采用弹性力学理论分析了桩间土拱效应,计算确定出土拱的平面形态呈中间凸起而两侧略微凹陷的曲线特征,在此基础上,引入Drucker-Prager强度准则以考虑中间主应力影响分析三维土拱效应,通过桩间土体的屈服函数分析确定了沿竖向变化的水平土拱矢高,进而计算出因桩间局部塌落拱的产生而作用于挡土板上的土压力,并按空间土压力分布模式与矩形简支板模型计算挡土板。实例分析结果表明,本文方法和数值模拟得到的沿深度方向土拱矢高值较为接近;本文方法与规范方法计算得到的板体最大弯矩值相近,其误差不超过3%。 相似文献
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被动桩中土拱效应特征与影响参数研究 总被引：20，自引：2，他引：18
采用平面有限元方法,对被动桩在粘性、无粘性土体条件下的土拱形成机理进行了分析。从土拱效应的4个主要方面:土拱形状、桩周土体塑性(拉裂)区的分布、竖向位移等值线及桩后土体残余荷载分担比,探讨了改变桩、土参数,如粘聚力、内摩擦角、弹性模量、泊松比、剪胀角、桩土接触面特性时,土拱效应的变化规律。研究表明,土性不同时,土拱形成过程中土体的受力和破坏形式不同;泊松比、剪胀角、桩土接触特征对土拱效应的影响最明显;强度高、剪胀角大、桩土接触面粗糙或泊松比小的土体,易形成土拱。根据研究结果,指出Tom io Ito排桩塑性绕流土压力理论计算公式尚存不足。 相似文献
8.
在分析桩间土拱效应形成机理的基础上,以圆形支护桩为研究对象,利用合理拱轴线和起拱点土体破坏面等几何特征,建立抛物线土拱分析模型,通过桩间土拱静力平衡条件和双剪强度理论来确定桩间距,推导出圆形支护桩的合理桩间距计算公式,桩间净距随桩后土体粘聚力或内摩擦角的增大而增大,却随着桩后主动土压力或中主应力参数m的增大而减小,且随着参数m的增大,桩后主动土压力是逐渐增大的.最后通过工程实例计算支护桩间距,并与有限元法和规范法计算结果进行比较,验证了基于双剪强度理论土拱效应的基坑支护桩间距计算结果的合理性和安全性. 相似文献
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基于土拱效应的抗滑桩与护壁桩的桩间距分析 总被引：36，自引：4，他引：32
抗滑桩与护壁桩分别在滑坡治理和基坑支护中发挥着巨大的作用 ,其实施正是利用了土中的成拱效应 ,然而传统桩的设计虽考虑土拱效应的存在 ,但桩间距确定理论与方法并未建立起来。本文首先基于土体的极限平衡条件对滑坡推力作用下的土体中的成拱作用进行研究 ,得出了抗滑桩的最大桩间距公式 ,并以某一具体工程为例 ,对该最大桩间距的物理意义和可用性进行了讨论。在此基础上 ,给出了在考虑土拱效应的情况下合理桩间距的确定方法 ,并以此为据 ,对边坡加固设计提出一些建议. 相似文献
10.
微型抗滑桩土拱效应空间特征的细观力学分析 总被引：1，自引：0，他引：1
目前研究中大多将土拱效应简化为平面应变问题,而微型抗滑桩由于桩径小,在承担滑坡推力时将发生较大的变形,其土拱效应的产生和发展具有明显的三维空间特征,目前的研究方法难以考虑这一问题。为此采用基于离散单元法的颗粒元程序PFC3D,利用平行黏结模型建立微型抗滑桩进行分析。模拟结果显示,微型抗滑桩系统中土拱主要出现在接近滑面的深部和中部土体中,浅部土体中土拱受到桩身位移的影响无法成型,且桩间以水平土拱为主,桩长和桩身刚度对微型抗滑桩系统的土拱分布影响不大;随着桩间距的增加,土拱的形成受到显著影响。 相似文献
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钢板桩挡墙主动土压力分布的形状效应 总被引：1，自引：0，他引：1
采用有限元数值试验,研究帽型钢板桩的截面形状对墙后主动土压力分布规律的影响。首先,对室内缩尺模型试验进行数值模拟,对比实测数据验证数值模型的有效性;然后,建立钢板桩挡墙数值模型,模拟该挡墙在不同位移模式下土压力变化和分布的规律,与平板挡墙计算结果进行对比,分析钢板桩截面形状对土压力分布的影响,进一步探讨形状效应的可能影响因素及机制。分析结果表明,钢板桩的截面形状影响墙后主动土压力的分布形式,影响程度与位移模式有关;墙体平动和绕墙底转动情况下,钢板桩挡墙凸出部分的主动土压力值大于凹处,但墙体绕墙顶转动情况下差异不明显;主动土压力的形状效应由土拱效应引起,截面高宽比对其影响显著,墙土摩擦角影响有限。 相似文献
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I-Hsuan Ho 《Geomechanics and Geoengineering》2017,12(4):234-249
This paper presents the analytical methods of slope-stabilising piles using the three-dimensional (3-D) finite element (FE) analysis with the strength reduction method (SRM). This 3-D FE model is employed to overcome the limitations observed in two-dimensional (2-D) FE analysis. The solutions obtained from 3-D FE analyses are verified to be less conservative in this paper. The 3-D analysis is considered to be of particular importance to pile-slope problems. The soil that flows between piles cannot be taken account properly in the 2-D FE analysis. The method adopted in this paper can avoid the assumption of soil movement and the pressure distribution along the piles subjected to soil movement. The numerical analysis employs the Mohr–Coulomb failure criterion with the strength reduction technique for soil and an elastic member for piles. The spacing effect of the pile is considered in the 3-D model, the S/D (S: centre to centre, D: diameter of pile) ratio, equal to 4.0, is found to be equivalent to the single pile stabilisation. The middle portion of the slope is identified as the optimal location to place the piles. The proper length of the pile, which can be used to stabilise the slope, is also examined using 3-D FE analyses. It is concluded that L/H greater or equal 0.70 is recommended (L: pile length, H: slope height). The numerical analyses are conducted based on a coupled analysis, which simultaneously considers both the slope stability and the pile response. The failure mechanisms of the pile-slope system subjected to the pile locations, pile head conditions and pile length are each discussed. The contact pressure, shear force and moment along the piles are presented to illustrate the pile stabilising mechanism herein. 相似文献
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为揭示抗滑桩护壁外壁形态对土拱效应的影响规律,引入抗滑桩护壁外壁形态系数h,采用平面应变有限元方法,在不同抗滑桩外壁形态参数h下,研究了桩周及桩后土体位移、应力等因素的变化规律。研究结果表明:土拱效应的发挥程度,桩周土体的应力和变形与桩体外壁的形态有关。在h为4 cm、8 cm时,桩周土体的应力、位移变化量最大,增强了土拱的抗滑效用;当h大于8 cm时,桩周土体的应力、位移变化量随着h的增加逐级递减;当h接近极值时,桩周土体中的应力、位移变化不大,此时抗滑桩护壁外壁形态对土拱效用起不到积极作用。 相似文献
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在分析某工业厂房坍塌原因的基础上,认为由于侧移土体被动桩的成拱效应,地面超载引起的土压力被传递到桩身上,导致桩身发生了较大的侧向变形是这起事故发生的主要原因,事故的发生证明了侧移土体被动桩成拱效应的存在。在此基础上,建立了三维数值模型,对土拱效应的形成过程进行了模拟。对三维情况下被动桩的成拱效应与相同条件二维情况的形式和变化规律进行了比较,对不同桩间距、不同堆载大小情况下的被动桩成拱效应进行了分析,并对成拱效应随时间的变化规律进行了探讨。 相似文献
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瀑布沟大坝心墙拱效应分析 总被引：2，自引：0，他引：2
在总结前人提出的拱效应系数基础上,对拱效应系数的公式进行了改进,认为拱效应系数应该是实测土压力与上覆土压力和孔隙水压力之和的比值。结合瀑布沟大坝监测资料,用改进的拱效应系数计算公式对大坝心墙拱效应进行计算,并对心墙内拱效应进行动态分析。在施工期,施工工艺是影响大坝心墙拱效应系数的主要因素,填土在仪器埋设以上0～20 m时,拱效应系数较大,随着填土的增加拱效应系数减小,施工期坝体内应力分布在蓄水初期起决定性作用。在蓄水期,心墙上游侧拱效应系数与水位变化呈反相关联,拱效应系数比下游同高程和0+001 m处大;0+001 m处拱效应系数与水位变化呈正相关联,且此处拱效应系数最小;心墙下游处拱效应系数与水位变化呈正关联的关系,在心墙与基岩接触处拱效应系数大于100%。产生这种规律的原因主要有湿化、渗流、水力劈裂作用,三者共同影响,从而导致心墙内应力发生变化。 相似文献
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列车动荷载下桩网结构路基土拱效应试验研究 总被引：1，自引：0，他引：1
通过三维模型试验研究了列车动荷载作用下的土拱效应。试验结果表明,动荷载作用下土拱效应依然有效,随着填土的增高,土拱效应在增强,土工格栅的存在可以增强土拱效应的作用。但动荷载条件下动应力的分布与自重条件下的应力分布截然不同。动荷载作用下土拱效应会发生退化,表现为动荷载施加过程中先前由桩所承担的部分动应力会转移至桩间土;完成动荷载施加后,最初由桩承担的部分自重荷载也会转移至桩间土。填土高度和土工格栅对于动荷载作用下土拱的稳定性有很大的影响,但当高度达到一定值之后,填土高度的影响就可忽略,土工格栅的存在使得土拱效应的削弱程度减小了一半。 相似文献
17.
桩板墙土拱效应及土压力传递特性试验研究 总被引：2，自引：0，他引：2
为更深入地研究桩板墙背侧的土拱效应,分析其土压力荷载的作用规律及传递特性,进一步揭示桩板墙土拱效应与荷载分配之间的联系,采用现场大型试验及室内模型试验开展相关的监测研究工作。基于对土拱结构承载机制的认识,将作用于桩背侧与桩间挡板中部土压力的比值作为衡量土拱效应作用效果的直观标准。在某一自然边坡上,设计施工桩板墙堆载试验的模型槽,在挡土板与抗滑桩背侧分别安装土压力计,并开展持续21 d的现场试验监测。现场试验结果表明,随着时间的发展,该土压力的比值呈现先增加后趋于稳定的特点,时间效应相对较显著。还设计多工况室内模型推桩试验,为深入分析桩板墙背侧土拱效应与土压力传递特性之间的关系,试验重点对挡板刚度、桩间距、填料性质和挡板布置方式对桩板墙土拱效应的影响进行对比研究,并揭示被动状态下桩板墙背侧的土压力传递特性。 相似文献
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考虑滑体法向应力突变的阻滑桩成拱效应研究 总被引：1，自引：0，他引：1
依据阻滑桩的受力特点,研究了桩间土拱效应的传力机理,分析指出桩间土拱效应是法向应力和拱脚剪切力共同作用而产生的土颗粒挤压变形现象,提出采用突变效应替代常用的桩-土承载比衡量桩间土拱效应的强度及作用范围更为直接可靠.模型桩推力试验结果和三维有限元模型计算表明,桩间水平土拱具一定的纵向效应,据此对比分析了阻滑桩三维与二维计算结果之间的异同,指出桩间土拱效应不仅受桩-土相对位移的影响,同时也受滑体自重应力和滑面摩擦效应的制约.运用二维模型重点研究了桩-土相对位移、桩间净距、推力荷载、土体抗剪强度对桩间土拱效应的影响,将所得规律与已有文献作了进一步地对比,继而总结了上述因素对拱效应的敏感度. 相似文献
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护壁对于人工挖孔桩成孔过程中防止土体塌落及滑动有着极为重要的作用,是施工中保障人员安全和工程质量的主要构件。针对人工挖孔桩的护壁设计问题,分灌注桩和空桩两种工况分别建立了力学分析模型,以护壁的抗拉强度和水平位移作为护壁失效的控制条件,结合桩间土受力模型,提出了预防窜孔问题的人工挖孔桩护壁设计方法。将本文提出的新的设计方法应用于实际工程,结果表明了本文方法的合理性,并根据实际应用结果提出了施工建议。研究成果对人工挖孔桩护壁的设计与施工安全有积极的指导和借鉴意义。 相似文献
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近邻桩基施工会对盾构隧道产生较大的不利影响,试桩过程中对试桩周围土体深层水平位移、隧道结构竖向位移和沉降进行了现场监测。监测结果表明,隧道结构竖向位移和水平位移缓慢增加,对桩体周边土体产生扰动;管片位移最大值发生在与试桩相对应的剖面上;随着试桩距离的增加,管片沉降和最大水平位移减小。管片以发生水平位移为主,沉降约为水平位移的0.5倍。在隧道埋深范围内,深层土体水平位移向隧道方向移动;隧道埋深范围以下,土层的水平位移向远离隧道方向移动。试桩实践表明,采用全套管钢套管护壁旋挖取土工艺,并在施工过程中对盾构隧道和周围土体进行动态信息化监测的施工方法能较好地预警、控制施工风险,得到的结论可以为相似工程的施工提供指导和参考。 相似文献