一种新型的悬臂桩土拱效应的测试方法
【专利摘要】本发明公开了一种新型的悬臂桩土拱效应的测试方法，将悬臂桩的土拱效应问题简化为二维平面应变问题，选取地面下一定深度的单位厚度土层进行分析；在二维平面计算模型的基础上对桩后土拱形成和失效机制进行研究，建立桩土相互作用的颗粒流模型；通过数值模拟试验，分析随着土体位移的增大桩后土拱的形成过程以及影响因素；采用非连续变形的颗粒流方法，分析土拱效应的失效过程以及影响因素。本发明提供的一种新型的悬臂桩土拱效应的测试方法，简化了悬臂桩桩间土的稳定性影响因素，丰富了悬臂桩桩间土稳定性方面的研究，增加了现有相应技术的理论知识，补充了当前国内的空白，具有推广意义。
【专利说明】一种新型的悬臂粧土拱效应的测试方法
【技术领域】
[0001]本发明属于斜坡支护领域，尤其涉及一种新型的悬臂桩土拱效应的测试方法。
【背景技术】
[0002]自然斜坡被切削成相对陡峻的人工边坡常称为切方边坡，路堑边坡及基坑边坡都是切方边坡的一种形式。实际工程中，为防止斜坡切方后发生失稳，常采用抗滑桩(支护桩)对待开挖的斜坡进行预支护。待抗滑桩达到设计强度后，再将桩前土体挖除，此时，抗滑桩因不受桩前土体的作用而形成悬臂桩。悬臂抗滑桩多采用非连续结构，利用土体自身强度，使两相邻抗滑桩间的土体形成土拱效应[I]，将桩后土体的下滑推力传递至桩身，并阻止土体从桩间滑出，以达到提高边坡稳定性的目的。其抗滑机制主要体现于桩、滑体、滑床三者间的相互协调作用，并最大限度的利用桩体的材料性能。
[0003]抗滑桩土拱效应很难在工程实践中进行观察，因此近年来许多国内外学者对土拱效应的形成机制进行了分析。常保平提出根据抗滑桩后土拱强度计算桩间距的方法。王成华提出以抗滑桩两侧摩阻力之和不小于桩间滑坡推力作为桩间距计算的控制条件。周德培等提出了在综合考虑桩后土拱强度条件和桩间土拱静力平衡条件的桩间距计算模型。刘静对抗滑桩后土拱效应进行了三维数值模拟分析，发现在抗滑桩后和桩间土体中出现两种不同作用机理的应力拱，并分析了影响土拱效应的因素。杨明采用离心模型实验手段，再现了桩间土拱效应的现象，并通过数值模拟分析，对桩间土拱的力学传递机制进行了研究。
[0004]悬臂桩桩间土的稳定性影响因素较复杂，其中土拱效应是最关键的影响因素。目前针对悬臂桩桩间土稳定性方面的研究相对埋入式桩较少，缺少相应方面的理论，严重的影响悬臂桩支护稳定性的研究。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种新型的悬臂桩土拱效应的测试方法，旨在解决传统的悬臂桩桩间土的稳定性影响因素较复杂，其中土拱效应是最关键的影响因素。目前针对悬臂桩桩间土稳定性方面的研究相对埋入式桩较少，缺少相应方面的理论，严重的影响悬臂桩支护稳定性的研究的问题。
[0006]本发明是这样实现的，一种新型的悬臂桩土拱效应的测试方法，该方法包括:
[0007]步骤一:将悬臂桩的土拱效应问题简化为二维平面应变问题，选取地面下一定深度的单位厚度土层进行分析；
[0008]步骤二:在二维平面计算模型的基础上对桩后土拱形成和失效机制进行研究，建立桩土相互作用的颗粒流模型；
[0009]步骤三:通过数值模拟试验，分析随着土体位移的增大桩后土拱的形成过程；
[0010]步骤四:通过数值模拟试验，分析随着土体位移的增大桩后土拱演化过程影响因素；
[0011]步骤五:采用非连续变形的颗粒流方法，分析土拱效应的失效过程；[0012]步骤六:采用非连续变形的颗粒流方法，分析土拱效应失效过程的影响因素。
[0013]进一步，二维平面应变问题是对选取地面下一定深度的单位厚度土层进行分析，设置边界条件如下:
[0014]a,该土层的变形仅发生在平面内，忽略其竖直方向的变形；
[0015]b,假定桩体完全刚性，不发生变形和位移，重点分析桩间土体；
[0016]c,为了减小计算模型的规模，考虑模型的对称性，仅分析两桩间的单个土拱；
[0017]d,设定桩前边界自由以模拟桩前无土或不考虑桩前土体抗力的情况；在桩后边界上设置y方向的位移模拟土体的水平移动；
[0018]选取矩形截面抗滑桩作为研究对象，桩截面高度a=3.0m，宽度b=2.0m。研究范围高度H=IOm,间距L=3b、4b、5b。左右两侧边界约束土体横向位移，纵向自由。
[0019]进一步，桩土相互作用的颗粒流模型的建立方法为:采用颗粒流方法对岩土材料进行模拟时，先建立岩土结构的颗粒集合，并不断调整颗粒的各项参数，使该集合在宏观上具有与实际岩土材料相一致的力学特性；经过大量PFC试样的模拟试算，选定PFC模型颗粒粒径Rmin=3mm、最大粒径与最小粒径比Rmax/Rmin=2.7,粒径服从正态分布,颗粒间的连接强度值也服从正态分布；数值模拟过程中，逐步加载使土体向抗滑桩方向缓慢移动，以使土体中的应力水平逐步增大，直至桩后颗粒发生较大规模坍落，土体应力出现跌落。
[0020]进一步，土拱的形成过程为:第一阶段，桩体初始承载阶段；第二阶段，桩体承载增长，土拱形成与稳定演化阶段；第三阶段，土体开始屈服，土拱不稳定演化阶段。
[0021]进一步，土拱演化过程受到桩土相对位移、土体参数以及桩体参数的影响。
[0022]进一步，土拱效应失效过程为:
[0023]第一阶段，随着桩土相对位移的增大，土体屈服区的扩展已较为显著，但桩后土压力仍能随之增大，直至达到某极限值，该阶段可视为土拱的损伤阶段；
[0024]第二阶段，桩后土压力超过其极限值后，土压力将随着桩土位移量的增大而降低；
[0025]第三阶段，随着桩土相对位移的不断增大，桩后土压力迅速降低至某一值后，达到一定的动态平衡，土压力将保持在一定的水平。
[0026]进一步，土拱效应失效过程影响因素为土体参数和桩间距。
[0027]效果汇总:
[0028]本发明提供的一种新型的悬臂桩土拱效应的测试方法，采用非连续变形的颗粒流方法对该过程进行了研究，根据桩后土压力随桩土相对位移的变化曲线，将土拱效应的失效过程分为三个阶段，简化了悬臂桩桩间土的稳定性影响因素，丰富了悬臂桩桩间土稳定性方面的研究，增加了现有相应技术的的理论知识，补充了当前国内的空白，具有推广意义。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1是本发明提供的新型的悬臂桩土拱效应的测试方法的流程图。
【具体实施方式】
[0030]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0031]图1是本发明提供的新型的悬臂桩土拱效应的测试方法的流程图。为了便于说明，仅仅不出了与本发明相关的部分。
[0032]本发明提供的一种新型的悬臂桩土拱效应的测试方法，该方法包括:
[0033]在SlOl中:将悬臂桩的土拱效应问题简化为二维平面应变问题，选取地面下一定深度的单位厚度土层进行分析；
[0034]在S102中:在二维平面计算模型的基础上对桩后土拱形成和失效机制进行研究，建立桩土相互作用的颗粒流模型；
[0035]在S103中:通过数值模拟试验，分析随着土体位移的增大桩后土拱的形成过程；
[0036]在S104中:通过数值模拟试验，分析随着土体位移的增大桩后土拱演化过程影响因素；
[0037]在S105中:采用非连续变形的颗粒流方法，分析土拱效应的失效过程；
[0038]在S106中:采用非连续变形的颗粒流方法，分析土拱效应失效过程的影响因素。
[0039]作为本发明实施例的一优化方案，二维平面应变问题是对选取地面下一定深度的单位厚度土层进行分析，设置边界条件如下:
[0040]a,该土层的变形仅发生在平面内，忽略其竖直方向的变形；
[0041]b,假定桩体完全刚性，不发生变形和位移，重点分析桩间土体；
[0042]c,为了减小计算模型的规模，考虑模型的对称性，仅分析两桩间的单个土拱；
[0043]d,设定桩前边界自由以模拟桩前无土或不考虑桩前土体抗力的情况；在桩后边界上设置y方向的位移模拟土体的水平移动；
[0044]选取矩形截面抗滑桩作为研究对象，桩截面高度a=3.0m,宽度b=2.0m。研究范围高度H=IOm,间距L=3b、4b、5b。左右两侧边界约束土体横向位移，纵向自由。
[0045]作为本发明实施例的一优化方案，桩土相互作用的颗粒流模型的建立方法为:采用颗粒流方法对岩土材料进行模拟时，先建立岩土结构的颗粒集合，并不断调整颗粒的各项参数，使该集合在宏观上具有与实际岩土材料相一致的力学特性；经过大量PFC试样的模拟试算，选定PFC模型颗粒粒径Rmin=3mm、最大粒径与最小粒径比Rmax/Rmin=2.7,粒径服从正态分布，颗粒间的连接强度值也服从正态分布；数值模拟过程中，逐步加载使土体向抗滑桩方向缓慢移动，以使土体中的应力水平逐步增大，直至桩后颗粒发生较大规模坍落，土体应力出现跌落。
[0046]作为本发明实施例的一优化方案，土拱的形成过程为:第一阶段，桩体初始承载阶段；第二阶段，桩体承载增长，土拱形成与稳定演化阶段；第三阶段，土体开始屈服，土拱不稳定演化阶段。
[0047]作为本发明实施例的一优化方案，土拱演化过程受到桩土相对位移、土体参数以及桩体参数的影响。
[0048]作为本发明实施例的一优化方案，土拱效应失效过程为:
[0049]第一阶段，随着桩土相对位移的增大，土体屈服区的扩展已较为显著，但桩后土压力仍能随之增大，直至达到某极限值，该阶段可视为土拱的损伤阶段；
[0050]第二阶段，桩后土压力超过其极限值后，土压力将随着桩土位移量的增大而降低；
[0051]第三阶段，随着桩土相对位移的不断增大，桩后土压力迅速降低至某一值后，达到一定的动态平衡，土压力将保持在一定的水平。
[0052]作为本发明实施例的一优化方案，土拱效应失效过程影响因素为土体参数和桩间距。
[0053]根据附图对本发明做进一步的说明:
[0054]一、将悬臂桩的土拱效应问题简化为二维平面应变问题，选取地面下一定深度的单位厚度土层进行分析，设置边界条件如下:
[0055]a,该土层的变形仅发生在平面内，忽略其竖直方向的变形；
[0056]b,假定桩体完全刚性，不发生变形和位移，重点分析桩间土体；
[0057]c,为了减小计算模型的规模，考虑模型的对称性，仅分析两桩间的单个土拱；
[0058]d,设定桩前边界自由以模拟桩前无土或不考虑桩前土体抗力的情况；在桩后边界上设置y方向的位移模拟土体的水平移动；
[0059]选取矩形截面抗滑桩作为研究对象，桩截面高度a=3.0m，宽度b=2.0m。研究范围高度H=IOm,间距L=3b、4b、5b。左右两侧边界约束土体横向位移，纵向自由。
[0060]二、在二维平面计算模型的基础上对桩后土拱形成和失效机制进行研究，建立桩土相互作用的颗粒流模型，采用颗粒流方法对岩土材料进行模拟时，先建立岩土结构的颗粒集合，并不断调整颗粒的各项参数，使该集合在宏观上具有与实际岩土材料相一致的力学特性；经过大量PFC试样的模拟试算,选定PFC模型颗粒粒径Rmin=3mm、最大粒径与最小粒径比Rmax/Rmin=2.7,粒径服从正态分布,颗粒间的连接强度值也服从正态分布；数值模拟过程中，逐步加载使土体向抗滑桩方向缓慢移动，以使土体中的应力水平逐步增大，直至桩后颗粒发生较大规模坍落，土体应力出现跌落。
[0061]三、通过数值模拟试验，分析随着土体位移的增大桩后土拱的形成过程:土相互作用的数值模型显示，土拱的形成是一个动态过程。随着土体向抗滑桩方向的逐渐移动，土体逐渐发生挤压，桩后的土压力逐渐增大，并逐渐在桩间形成拱形的相对压密区。从宏观上看，土拱的形成过程可分为三个阶段。
[0062]在对计算结果进行分析时，用颗粒间径向接触力的大小反映土体的应力和挤压程度的不同，线条越粗表示接触力越大，代表土体应力越高；而线条延伸方向则表征颗粒间径向接触力的传递方向，即土体微元的荷载传递方向。
[0063](I)第一阶段，桩体初始承载阶段。在桩后土体未发生滑动时，桩体未承担滑坡推力，此时桩后土体应力增量和变形增量均较小。当桩体正后方土体的滑动变形传递至桩体上时，土体由于受到桩的阻挡而停止滑动，进而受到滑坡推力的挤压，其应力迅速提高，其土体荷载传递方向基本与滑动方向一致，且略向两桩方向偏转。而桩间土体由于无阻碍，仍然延滑动方向向前移动，但受到相邻土体和桩侧的粘滞和摩擦作用，其移动的量要小于桩后远区土体移动量。此时桩后土体的应力增量较低，桩后土拱未开始形成。
[0064](2)第二阶段，桩体承载增长，土拱形成与稳定演化阶段。随着桩后土体应力的增大，桩后土体持续向桩体方向移动，桩体正后方土体应力迅速增大，而相邻桩体之间的土体由于无直接的阻挡作用，因而仍能延滑动方向发生移动变形。但由于受到土体的摩擦和粘滞作用，桩后土体的应力均向桩体上传递。数值模型显示，桩后土体微元荷载传递方向逐步向桩体方向偏转，包括桩的长度和宽度方向，并呈“拱形”;而两桩对称轴两侧的土体也同样受到桩体的阻碍影响，其位移量变的很小，靠近桩体的土体中开始出现局部的屈服点。在此期间，随着荷载的持续增大，桩后土体荷载传递方向自“尖拱形”向“圆拱形”演化。
[0065]此时，紧靠抗滑桩宽度方向的土体形成一个三角形的压密区，进而初步形成了以该压密区为拱脚的“端承土拱”。同时桩侧土体颗粒法向接触应力显著增大，其迹线也微向上倾，形成了桩间的“摩擦土拱”。
[0066]实际上，从土体微元荷载传递方向看，“土拱”可视为两桩间多束“荷载传递线”的表现形式，这些痕迹线是随荷载的变化和位置的不同而断变化，因而试图以固定的几何函数来描述土拱的几何特征是十分困难，且也难以考虑其他因素对土拱几何和力学特征的影响。
[0067](3)第三阶段，土体开始屈服，土拱不稳定演化阶段。当桩后土体应力超过一定量值后，土体将首先沿桩周发生屈服，但土体的屈服区范围较小，因而桩后土拱仍保持较规则的“圆拱形”，且仍能维持其承载能力而不会降低，即当荷载维持不变时，土拱能保持稳定。随着土体移动量的增加，土拱的承受的荷载仍能增加，但增量将低于前述的第二阶段，且增长过程变的不稳定，其曲线呈锯齿状。
[0068]桩后土拱的形成和演化过程显示，土拱形成过程中，土体中荷载传递方向呈现出以抗滑桩为中心的“树冠形”辐射状态，使桩后远区的荷载通过“树冠”形的相对压密区传递至桩的长度和宽度方向上。因此，土拱的形成过程可视为桩端和桩间的部分土体颗粒压密后，将远区荷载传递至抗滑桩上的过程。
[0069]四、通过数值模拟试验，分析随着土体位移的增大桩后土拱演化过程影响因素:对不同工况计算分析表明，土拱演化过程受到桩土相对位移、土体参数以及桩体参数的影响。
[0070]( I) 土体位移
[0071]数值模拟结果显示，土拱的发展与桩后土体的位移量以及桩土之间的相对位移量密切相关。只有桩土之间形成足够大的相对位移量，桩后土拱才能形成使荷载传递至桩体，并阻止土体从桩间流出。
[0072]计算结果显示，桩土的相对位移量越大，桩后土压力越高，土体微元荷载传递方向向桩体偏转趋势越显著，土拱由三角形的“尖拱”向“圆拱”过渡的趋势也越明显。
[0073](2) 土体参数
[0074]计算结果显示，不同土体参数下，桩后土拱的形成与演化过程基本一致，都由上述的三个阶段所组成。土体的参数中粘聚力C、内摩擦角Φ以及变形模量E等对土拱效应的形成过程存在一定的影响。
[0075]土体的变形模量越大，其变形性能越差，因此，桩后土压力随桩土相对位移的增速也越大，但土拱形态等受弹性模量的影响不显著。
[0076](3)桩间距
[0077]桩间距不同时，桩后土拱的形成与演化过程基本一致。而当抗滑桩间距较小时，桩上树冠形的荷载传递路径在较短路径内相交，而桩间距较大时，荷载传递路径在较长的路径内相交，因此，随着桩间距的增大，两桩对称轴附近土体“悬空”特征更为显著，因而土体避免从桩间滑塌，必须向桩体上寻找支撑，导致荷载传递路径向桩体上的偏转特征更为显著，呈现出更为显著地“圆拱”形态。[0078]其次，相同材料参数下，桩间距较小时桩后土压力对桩土相对位移更为敏感，随桩土相对位移的增速更快。
[0079]采用非连续变形的颗粒流方法，分析土拱效应的失效过程:
[0080]数值模拟结果显示，根据桩后土压力随桩土相对位移的变化曲线，土拱效应的失效过程可分为3个阶段。
[0081](I)第一阶段，随着桩土相对位移的增大，土体屈服区的扩展已较为显著，但桩后土压力仍能随之增大，直至达到某极限值，该阶段可视为土拱的损伤阶段。在该阶段，靠近两桩中间部位的荷载传递路径所形成的“拱形”状态已变的“不规则”，从而使更多的桩后土体荷载通过不规则的拱形荷载传递路径施加在桩体的正后方。同时，在桩体正后方土压力集中的区域和桩侧部位土体将发生屈服，但屈服区仅局限于桩体周围。可见，土拱的最危险部位处于“拱脚”处。
[0082](2)第二阶段，桩后土压力超过其极限值后，土压力将随着桩土位移量的增大而降低。此时土体的荷载传递路径变的不规则，“拱形”的曲率降低，桩侧的应力传递路径遭到破坏。同时，土体屈服区扩大，使自相邻两桩附近扩展至桩间，连成一体。
[0083](3)第三阶段，随着桩土相对位移的不断增大，桩后土压力迅速降低至某一值后，达到一定的动态平衡，土压力将保持在一定的水平。此时桩土间的荷载传递路径变的杂乱无章，仅在桩体的正后方存在一应力集中区。同时，土体屈服区扩大，形成“H”形。此时，土拱逐渐破坏，土拱效应消失，土体将从桩间涌出，桩后土体的移动量和桩间土体的涌出量间达到一动态的体积平衡，使桩间土体的涌出速度要大于桩后土体的移动速度。
[0084]土拱失效过程中，第一个阶段处于桩后土压力曲线的峰前阶段，在此阶段，当土体停止向桩体方向移动时，桩后土压力将经历调整后有略有降低，但仍能保持较高的水平，表明此时桩后土拱效应仍具备较好的挡土能力。
[0085]而失效过程的第二和第三个阶段中，当土体停止向桩体方向移动时，桩后土压力将迅速降低，直至基本消失，这表明桩后土拱效应已完全丧失挡土能力。
[0086]土拱效应失效过程影响因素分析为:
[0087]对单桩极限阻力的研究表明，桩周土体的内摩擦角、粘聚力、泊松比和桩间距对桩极限阻力影响相对较大；土体的弹性模量对单桩极限阻力影响相对较小。因此，本文主要分析了土体强度和桩间距对土拱效应失效过程的影响。
[0088]( I) 土体参数
[0089]计算结果表明，不同土体参数下，桩后土拱效应的失效过程基本一致。且随着土体强度的提高，桩后土体的极限压力也越高，但对应的极限桩土相对位移量却较接近。
[0090]对于无粘性土，随着桩土相对位移的增大，桩后土压力无典型的峰值特征，即在较低的应力水平下土体就发生绕流。
[0091]对于粘性土，随着桩土相对位移的增大，桩后土压力具有典型的峰值特征，且土体强度越高，其峰后土压力降低程度越低，呈现理想弹塑性曲线的特征。
[0092]土体的屈服特征方面，当桩后土压力达到峰值时，土体强度越高，其屈服量越小；最终土拱完全失效时，土体强度越高其破坏程度也越低。
[0093]在桩后土拱效应完全失效后，由于软弱土体中屈服范围相对较大，因此屈服后的土体更易变形而发生塑形流动，此时土拱效应的失效以“绕流”模式为主。而在强度较高的土体中，屈服范围相对较小，土体往往被规则的裂缝所切割，此时土拱效应的失效以“滑塌”模式为主。
[0094](2)桩间距
[0095]桩间距不同时，桩后土拱的失效过程基本一致。土体强度相同时，抗滑桩间距越小，其桩后土体的峰值土压力越高，土拱效应消失时其残余的土压力也较高(桩土相对位移保持增大)，而土压力跌落的程度越高，呈典型的“峰”形特征。抗滑桩间距越大，桩后土体的峰值土压力越低，所对应的桩土相对位移越小，但峰值压力可维持一段而不发生跌落，“峰”形特征变的不显著。
[0096]土体强度相同时，随着桩间距的增大，桩周土体的破坏过程逐渐由相互影响变为相对独立。且达到其峰值土压力时(即土拱破坏的临界状态)，桩间距越小，土体破坏越严重，表明桩间距越小其土拱的挡土能力越高，可允许桩后土体发生较大的塑形变形。
[0097]工作原理:
[0098]本发明提供的一种新型的悬臂桩土拱效应的测试方法，运用二维颗粒流方法建立了相应的数值模型，研究了桩间土拱形成的过程及其破坏机制。研究表明，抗滑桩土拱的形成机制主要依赖于土体微元的荷载传递过程。依据桩后土体的荷载一位移曲线和变形特征，揭示了桩后土拱形成过程的三个阶段以及各阶段土体应力分布和变形的特征。并发现土拱效应的形成过程受桩土相对位移的控制，且受桩间距的影响较大，而受土体参数的影响较小。抗滑桩土拱效应失效过程的数值模拟显示，土拱失效过程也可分为三个阶段，且该过程受贴近桩体的土体的渐进破坏控制。分析表明，土体强度和桩间距对桩后土体的荷载一位移曲线影响都较为显著。桩距相同时，随着土体强度的提高，桩后土体的极限荷载也越高，但对应的桩土相对位移量却较接近，同时，软弱土体土拱效应的失效以“绕流”模式为主，而强度较高土体的土拱效应失效以“滑塌”模式为主。其次，抗滑桩间距越小，桩后土体的峰值土压力越高，所对应的桩土相对位移越大。
[0099]当然，本发明还可有其他实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，所属【技术领域】的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种新型的悬臂桩土拱效应的测试方法，其特征在于，该方法包括: 步骤一:将悬臂桩的土拱效应问题简化为二维平面应变问题，选取地面下一定深度的单位厚度土层进行分析； 步骤二:在二维平面计算模型的基础上对桩后土拱形成和失效机制进行研究，建立桩土相互作用的颗粒流模型； 步骤三:通过数值模拟试验，分析随着土体位移的增大桩后土拱的形成过程； 步骤四:通过数值模拟试验，分析随着土体位移的增大桩后土拱演化过程影响因素； 步骤五:采用非连续变形的颗粒流方法，分析土拱效应的失效过程； 步骤六:采用非连续变形的颗粒流方法，分析土拱效应失效过程的影响因素。
2.如权利要求1所述的新型的悬臂桩土拱效应的测试方法，其特征在于，二维平面应变问题是对选取地面下一定深度的单位厚度土层进行分析，设置边界条件如下: a,该土层的变形仅发生在平面内，忽略其竖直方向的变形； b,假定桩体完全刚性，不发生变形和位移，重点分析桩间土体； c,为了减小计算模型的规模，考虑模型的对称性，仅分析两桩间的单个土拱； d,设定桩前边界自由以模拟桩前无土或不考虑桩前土体抗力的情况；在桩后边界上设置y方向的位移模拟土体的水平移动； 选取矩形截面抗滑桩作为研究对象，桩截面高度a=3.0m,宽度b=2.0m;研究范围高度H=IOm,间距L=3b、4b、5b，左右两侧边界约束土体横向位移，纵向自由。
3.如权利要求1所述的新型的悬臂桩土拱效应的测试方法，其特征在于，桩土相互作用的颗粒流模型的建立方法为:采用颗粒流方法对岩土材料进行模拟时，先建立岩土结构的颗粒集合，并不断调整颗粒的各项参数，使该集合在宏观上具有与实际岩土材料相一致的力学特性；经过大量PFC试样的模拟试算,选定PFC模型颗粒粒径Rmin=3mm、最大粒径与最小粒径比Rmax/Rmin=2.7,粒径服从正态分布,颗粒间的连接强度值也服从正态分布；数值模拟过程中，逐步加载使土体向抗滑桩方向缓慢移动，以使土体中的应力水平逐步增大，直至桩后颗粒发生较大规模坍落，土体应力出现跌落。
4.如权利要求1所述的新型的悬臂桩土拱效应的测试方法，其特征在于，土拱的形成过程为:第一阶段，桩体初始承载阶段；第二阶段，桩体承载增长，土拱形成与稳定演化阶段；第三阶段，土体开始屈服，土拱不稳定演化阶段。
5.如权利要求1所述的新型的悬臂桩土拱效应的测试方法，其特征在于，土拱演化过程受到桩土相对位移、土体参数以及桩体参数的影响。
6.如权利要求1所述的新型的悬臂桩土拱效应的测试方法，其特征在于，土拱效应失效过程为: 第一阶段，随着桩土相对位移的增大，土体屈服区的扩展已较为显著，但桩后土压力仍能随之增大，直至达到某极限值，该阶段可视为土拱的损伤阶段； 第二阶段，桩后土压力超过其极限值后，土压力将随着桩土位移量的增大而降低； 第三阶段，随着桩土相对位移的不断增大，桩后土压力迅速降低至某一值后，达到一定的动态平衡，土压力将保持在一定的水平。
7.如权利要求1所述的新型的悬臂桩土拱效应的测试方法，其特征在于，土拱效应失效过程影响因素为土体参数和桩间距。
【文档编号】G01N33/24GK103852570SQ201410100139
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2014年3月18日 优先权日:2014年3月18日
【发明者】吕振利, 孙金山, 左昌群, 郭鸿俊, 李堰洲 申请人:华侨大学