1、1基于微型桩群加固土质边坡试验设计分析摘要：微型桩( micropiles) 是在 20 世纪 50 年代由意大利的Lizzi 首次提出的，又称树根桩或迷你桩，一般指桩径在 90300 mm，长度与直径比较大(一般大于 30)，采用钻孔、注浆工艺施工的灌注桩或插入桩。微型桩早期主要用于基础托换、建筑物加固等; 由于其符合滑坡防治工程向轻型化、小型化方向发展的趋势，20 世纪 80 年代后发展应用于边坡加固、滑坡治理和深基坑支护等工程。在边坡预加固、滑坡治理中，微型桩由于施工方便迅速、桩位布置灵活、对滑坡体扰动小等优点而得到了广泛应用。 关键词:边坡; 微型桩群;试验设计；离心模型试验 Abst
2、ract: Miniature pile ( micropiles) is in the nineteen fifties by Italy Lizzi is proposed for the first time, also called root pile or mini pile, generally refers to the pile diameter in 90 300 mm, length and diameter is relatively large ( more than 30 ), the use of drilling, grouting construction pi
3、le or pile into. Micro pile foundation underpinning, early is mainly used for building reinforcement; due to its consistent with the landslide control project to the development of lightweight, miniaturization trend, the development and application of nineteen eighties in slope 2reinforcement, slope
4、 and deep foundation pit engineering. In slope reinforcement, landslide, micro pile because of convenient and rapid construction, pile layout is flexible, landslide disturbance of small advantages and has been widely applied. Keywords: slope; micropile groups; experimental design; centrifugal model
5、test 中图分类号:O212.6 文献标识码：A 文章编号： 近年来，国内外学者和工程技术人员对微型桩的研究成果较多。关于微型桩在水平荷载作用下性状的研究与加固边坡或滑坡的微型桩( 群)的受力特点不同; 微型桩的设计计算的研究缺乏有效的试验验证; 地质力学模拟试验或施加水平荷载来模拟滑坡推力的微型桩试验研究则考虑重力场的影响的程度不够。因此，为了直观地反映出滑坡推力作用下微型桩群的受力性状，基于离心模型试验，对微型桩群的受力特点进行分析，并提出前后桩排间力的分配关系。 1、试验设计 1 .1 相似比 离心模型试验主要考虑几何尺寸、边界条件和荷载的相似性，材料只考虑了其刚度相似，所以室内模型试
6、验仅仅是对微型桩群加固边坡的3工作机理、受力特性等问题进行分析。试验模型相似比为 n =100，具体各参数相似比见表 1。 表 1 离心模型试验中物理量的相似关系(原型/模型) 1.2 .模型材料 1) 边坡介质材料 试验以黏土边坡为原型进行模型的制作，试验过程中只选用一种土，只采用一种含水量，土体相关参数如表 2 所示。 表 2 试验土体参数 2) 微型桩材料 因为若采用按相似比缩小的微型桩，则微型桩相似材料将成为一细钢丝，很难测量其中的弯曲变形。试验中，采用外径为 8mm、内径为 6 mm 的铝管模拟实际工程中的钢管，铝管长 150 mm。铝管的弹性模量 E 为 07105 MPa，截面惯
7、性矩 I 为 274.89mm4，即铝管的截面抗弯刚度EI 为 19.24 N?m2。铝管表面刮毛后用油漆涂满微型桩桩身，并黏附过筛后的 0.6 mm 的砂，放置数小时待粘牢后使用，以模拟土体与桩体之间的相互作用。 1.3.边坡模型尺寸 模型箱尺寸为 40cm40cm60 cm。具体裸坡模型与加桩模型尺寸如4图 1 所示，其中，号桩、号桩桩身贴土压盒，号桩、号桩桩身贴应变片。坡体侧面积为 862cm2，重心高度为 9.657cm。 1.4 .量测系统 1.41 位移量测 1) 位移网格线 为了有效地捕获土体变形内部位移变化的信息，试验采用了对标志点跟踪读数的方法。在模型填筑完成后，把模型侧面整
8、平抹光，以模型右下方箱底与侧壁交点为坐标原点，用墨线把边坡侧面划分成 2cm2cm的网格，在网格线与线的交点上用大头针固定 4mm4mm 的纸片 （a）裸坡及加桩模型侧视 图 1 裸坡及加桩模型尺寸示意 作为标志点。为了观测标志点的位移，每次试验吊装加载前，读取标志点的初始坐标值，加载完毕模型箱吊出后再量测出每个标志点的新坐标，以此新坐标和原始坐标比较，可以得出各坐标点的变化值，从而间接反映边坡内部土体位移。 2) 位移传感器 滑坡模型试验中采用直线式位移传感器测量滑坡第 1 级坡坡高的 2 /3 处的水平位移。位移传感器的采集数据为电压，单位为 V，量程为 2 cm，允许超载 20%。 1.
9、42 受力量测 51) 电阻应变片 桩身应变的测量采用电阻应变片。试验采用中航电测仪器公司生产的 BE1202AAA 电阻式应变片，温度自补偿型，基底尺寸6.2mm3.4mm。 采用 4mA 半桥法连接。布置深度如图 2 所示。 图 2 桩身弯矩测点布置示意 2) 土压力传感器 在模型试验中，土压力传感器采用 BY4 型土压力传感器，几何尺寸为 1505mm，输出阻抗为 120，规格为 0.3MPa。与离心机采集系统通过全桥 1.6 mA 方式连接，测量单位为 106。布置深度如图 3 所示。图 3 土压力测点布置示意 1.5 .试验方案 1.5.1 试验工况 根据是否加桩以及桩间距的不同情况
10、，试验分 3 种工况进行，具体如表 3 所示。 表 3.试验工况 1.5.2 模型填筑 61) 无加固措施的边坡模型( 裸坡模型) 首先按照方案设计的模型尺寸在模型箱侧壁上画坡形线，并在模型箱壁涂上凡士林，以减少模型与箱壁的摩擦从而尽量消除边界效应的影响。然后按原状土天然密度和设计层高( 每层 20 mm) 称量所需质量的土样倒入模型箱，均匀铺满模型箱底面，然后均匀夯实至设计层高，尤其注意边角部位的夯实，尽可能减少分层和不均匀的现象。再将其表面打毛，进行下一层土的填筑，如此循环，直到填筑至设计高度位置。 2) 微型桩群加固的边坡模型( 加桩模型) 本次试验采用预先埋设钢管桩的方式，填筑至钢管桩
11、设计高度后，按照方案设计的钢管桩间距布置钢管桩，布置完成后将其表面凿毛进行下一层填筑。如此循环，直至完成整个坡体的钢管桩施工。 2 试验成果及分析 21 试验现象 试验结束后，裸坡模型的坡顶产生了较宽的滑裂裂缝，并没有发现贯通的滑裂带，而是产生了较宽的剪切蠕动带，但从分色网格线的变形可以明显地看出坡体的滑移情况。沿坡顶至坡脚方向网格线竖直方向弯曲变形加剧，并在坡脚前一定区域有隆起的现象。 由此可看出，桩间距为 30 cm 的加桩模型的坡顶也产生了一定宽度的滑裂裂缝。从坡顶至加桩区域，分色网格竖直方向的弯曲变形逐步加大，但并没有裸坡模型的变形梯度大。而在加桩区域，在桩长的范围内，网格线仍然保持竖
12、直，这说明微型桩群与周围土体形成了一个相对稳定的整体。而在桩脚网格变形剧烈，这是应力集中的结果。尽管坡脚7前一定区域也产生了隆起现象，但加桩区域至坡脚之间的分色网格相对保持了竖直状态，这再次说明了微型桩群对滑坡体稳定性的改善作用。 加桩桩间距为 20 cm 的模型在坡顶也产生了一条一定宽度的滑动裂缝，从分色网格线的变形可以看出，沿坡顶至加桩区域，竖直方向的弯曲变形逐步加大，但相比桩间距为 30cm 的加桩模型的变形梯度要小。而在加桩区域，在桩长的范围内，网格线仍然保持竖直。在桩底网格变形剧烈。尽管坡脚前一定区域内土体产生了微小的隆起现象，但加桩区域至坡脚之间的分色网格相对保持了竖直状态。 22 位移发展规律分析 各模型第 1 级坡面水平位移发展规律可知，在低加速度区段，加桩模型位移曲线与裸坡模型位移曲线重合度较高，这一时期主要是边坡土体力学性质抵抗滑力; 随着加速度的增大，边坡模型位移急剧增大，3 个模型位移变化曲线逐渐开始分离; 当加速度增大到 100g 时( 约 19 min) ，裸坡模型位移与时间大致成线性增长。而加桩模型位移发生一个跳跃过程。 总体来说，坡面水平位移微型桩群加桩模型比裸坡模型小，且桩间距越小，水平位移越小。
