变荷载下考虑结构性的双层地基一维非线性固结分析

考虑变荷载下结构性软土双层地基在固结过程中压缩性和渗透性的非线性变化,基于e-lgσ′两折线压缩模型及e-lgkv渗透关系,利用半解析方法和成层地基一维固结解析解对结构性软土双层地基一维非线性固结问题进行求解。编制相应的计算程序,通过实例计算,分析变荷载下考虑结构性的双层地基一维非线性固结性状,分别讨论土体结构性、加载速率、结构屈服应力和渗透指数对地基固结性状的影响。研究结果表明:考虑土体结构性影响比未考虑土体结构性的固结速率增大,最终沉降量减小;当最终荷载不变时,随着加载历时的增大,地基固结过程变慢;结构性软土结构屈服应力增大,超静孔压消散加快,土体固结速率增大;双层地基各层渗透指数对超静孔压影响较为复杂,对上下层地基沉降速率影响不同。     

泥炭质土地区盾构隧道列车运营期沉降研究

为研究运营期列车振动荷载作用下盾构隧道地基土体的沉降特性,本文以昆明地铁二号线二期工程某区间隧道为例,结合地质勘察资料,建立Midas GTS NX三维有限元模型,通过人工激励函数对模型施加动力荷载,分析了列车满载高速的情况下,隧道周边土体的沉降特征,结合经验模型公式,预测了隧道在长期循环荷载作用下基底土体的沉降变形.研究结果表明:在长期列车振动荷载作用下,隧道周围土体发生被迫振动,类似作简谐运动;土体的沉降幅值随与振源距离的增加而减小;线路运营期基底土体沉降呈指数型增长,最终趋于稳定,第一年沉降16.9 mm,达前10年累计沉降的67.6%.为保障线路的安全运营,应重点加强隧道运营期前期的监测养护.     

2.5维有限元分析高铁荷载下弹塑性地基动偏应力与沉降

为分析高铁荷载引起的弹塑性地基动偏应力分布规律并据此开展沉降计算,建立了高铁荷载下弹塑性地基2.5维有限元计算模型,将高铁荷载分别简化为准静态列车荷载和考虑随机激振力的修正列车荷载,对比了2种荷载下弹塑性地基中动偏应力的分布规律,并利用循环荷载下软黏土累积塑性应变模型计算了均质弹塑性地基沉降。研究表明,弹塑性地基中动偏应力呈马鞍形分布,最大值出现在道床边缘附近土体中;车速小于土体瑞利波速时沿地基表面和轨道中心沿深度方向土体动偏应力的衰减曲线光滑,车速接近或大于土体瑞利波速时,在马赫效应的影响下动偏应力呈波动衰减;修正列车荷载下弹塑性地基中动偏应力分布更符合实际情况;高铁运营初期地基沉降较快,随时间增加沉降速率逐渐趋于稳定;计算高铁运行产生的地面沉降时,需同时考虑列车运行速度和随机激振力的影响。     

考虑非共轴特性的吸力桶基础竖向荷载-变形特性研究

土体在剪切变形过程中会产生较为显著的主应力方向旋转,主应力方向与塑性主应变增量方向将呈现出显著的差异即非共轴现象.采用砂土非共轴弹塑性本构模型,以吸力式桶形基础为研究对象,研究土体主应力方向旋转和非共轴角度的变化规律,探讨非共轴特性对地基荷载-位移关系的影响.研究结果表明:在竖向荷载作用过程中,土体主应力方向处于单调旋转状态,吸力桶形基础高径比对土体主应力方向的旋转规律(方向、速率和极值)有显著影响.非共轴特性对荷载-位移关系的发展趋势有显著的减缓滞后作用,该作用在地基变形中期比较显著.随着高径比的增加,非共轴特性逐渐显著,该特性对地基竖向荷载-位移关系的影响逐渐明显.     

真空预压在轨道列车中的应用

路基是承受有轨电车上部荷载的重要构筑物,应具有足够的强度、稳定性和耐久性,以保证列车的安全运行.真空预压排水固结法是加固软土地基有效方法之一,在加固大面积软土地基时,具有造价低、工期短、加固效果好等优点.基于南京河西江东南路真空预压现场试验,通过表层沉降、分层沉降、孔压、水位和深层水平位移监测数据来分析真空预压的加固效果.研究结果表明:在抽真空过程中,孔隙水压力逐渐减小,深层水平位移变化速率逐渐减小;随着深度的增加,土体的分层沉降量逐渐减小.抽真空70 d后,表层沉降速率维持在1 mm/d左右,表明土体固结接近完成.表层总沉降量为476 mm,与设计沉降量(450 mm)相比,误差约为6%.由此表明真空预压在短时间内可以取得很好的加固效果,为控制工后沉降奠定了良好的基础.     

地铁列车移动荷载作用下饱和软粘土地基动力响应及长期累积变形研究

为了研究地铁列车荷载反复作用下饱和软黏土地基的动力响应和长期累积变形,本文通过进行室内固结不排水动三轴试验,得到了地基累计变形计算参数,并建立了车辆-轨道相互作用动力学模型,对列车反复荷载作用下软土地基的动力响应和累积塑性变形进行研究。研究结果表明：土体中的累积塑性应变随深度逐渐减小,同样的深度位置,累积塑性应变随荷载作用次数增加而增加;在车辆荷载作用的早期,累积变形的增长速率最大,随着荷载次数的增加,累积变形的增长速率逐渐减小,且累积变形曲线有明显的拐点。     

地铁列车移动荷载作用下饱和软黏土地基动力响应及长期累积变形

为了研究地铁列车荷载反复作用下饱和软黏土地基的动力响应和长期累积变形,通过进行室内固结不排水动三轴试验,得到了地基累计变形计算参数,并建立了车辆-轨道相互作用动力学模型,对列车反复荷载作用下软土地基的动力响应和累积塑性变形进行研究。研究结果表明:土体中的累积塑性应变随深度逐渐减小,同样的深度位置,累积塑性应变随荷载作用次数增加而增加;在车辆荷载作用的早期,累积变形的增长速率最大,随着荷载次数的增加,累积变形的增长速率逐渐减小,且累积变形曲线有明显的拐点。     

竖向荷载作用下复合桩加固液化土沉降分析

为进一步研究复合桩加固液化土在地震荷载作用下桩体沉降变形,利用振动台对钢管—碎石桩加固的复合地基模型在不同荷载作用下进行对比试验。施加0 kg、0.5 kg、1.0 kg、1.5 kg、2.0 kg、2.5 kg六组竖向荷载下,对复合桩加固模型振动过程中不同埋深处超静孔隙水压力和地基沉降进行对比分析,揭示钢管—碎石桩复合加固模型超静孔隙水压力、沉降随荷载的变化规律。结果表明:同一竖向荷载下埋深越大孔隙水压力越大,孔隙水压力的峰值也越大;不同竖向荷载下,不仅随着荷载增大超静孔隙水压力峰值变大,而且超静孔隙水压力随荷载增大消散明显加快,说明竖向荷载作用加速了碎石桩排水功能;施加不同荷载,桩体沉降均随振动时间先缓慢增加又急速增大最后趋于平缓,竖向加荷1.0 kg成为突变点;随着碎石桩的排水,孔隙水压力逐渐消散,土体变密,超静孔隙水压力减小,液化土强度增强,桩周土体对桩约束力增强,桩体的沉降量减小。说明荷载作用下钢管—碎石桩加固复合地基对预防土体液化和提高地基承载力效果明显,并得出沉降量随时间变化的曲线方程,为今后复合桩加固液化土地基的应用提供一定参考。     

考虑水平摩阻效应的交通荷载下路面沉降分析

为分析计算高速公路水泥混凝土路面承载结构在交通荷载作用下的沉降,将路面结构视为黏弹性地基梁.在Kelvin地基梁模型的基础上,考虑路面结构与路基土界面摩阻效应的影响,进而分析交通荷载下黏弹性地基有限长梁的瞬态问题,通过三角级数展开法和Laplace-Fourier积分变换以及逆变换得到黏弹性地基梁在半正弦波荷载作用下的位移解析解.并研究分析了路基路面摩阻效应、荷载移动速度、路面结构刚度、路基竖向反力系数、路基阻尼等因素对路面沉降的影响.分析结果表明:路面沉降随车辆移动速度的增大而减小,随路基黏滞阻力系数及路基刚度的增大而减小,随路面结构刚度及结构层高度的增大而减小,与此同时增大路面结构刚度还可减小路面的波动.     

交通荷载作用下结构性软土地基长期沉降计算

为了合理预测结构性软土路基长期运营沉降,基于力学-经验法开展了交通移动荷载下软土地基动力附加沉降的计算分析.首先,通过对天然软土循环三轴试验结果的模拟与分析,验证了根据人工结构性土建立的稳定型和破坏型累积应变预测模型的有效性,建立了临界动应力比与应力灵敏度的定量关系,提出了适用于结构性土累积应变的预测模型.然后,采用数值方法确定了考虑荷载速率效应的动应力空间分布,结合累积应变经验模型与分层总和法,提出了交通荷载下结构性软土地基长期沉降的实用计算方法,并通过典型低路堤断面运营沉降的模拟计算,验证了所提方法的合理性与有效性.最后,开展了长期沉降的参数敏感性分析,结果表明:行车速度大于80 km/h和路堤高度小于2 m时,地基动应力显著增大,土结构性易受到损伤破坏;土体灵敏度越低,变形状态越易从稳定型转变为破坏型,地基浅层塑性变形显著增大.     

基于双对数压缩模型的真空预压非线性固结解

考虑真空荷载实际边界条件,引入对土体压缩曲线线性化的双对数坐标,建立了真空预压砂井地基非线性固结近似解答;利用模型试验结果验证了解答的可靠性,并分析了真空度衰减和土性参数对固结性状的影响.研究结果表明,考虑了真空荷载衰减及双对数坐标的解答计算得到的土体沉降、超静孔压与实测值最为接近.对于超固结土而言,基于变形计算的固结度随着压缩指数与渗透指数比值的增大而减小,随着真空荷载衰减系数的减小而减小;当压缩指数与渗透指数比值大于1时,正常固结状态中基于孔压计算的固结度随真空荷载衰减系数的减小而增大.随着压缩指数与回弹指数比值的增大,地基超静孔压消散速率也随之增加,沉降速率在超固结状态时随之减缓,在正常固结状态时则随之加快,土体由超固结状态进入正常固结状态的时间随之变长.     

地震荷载和列车荷载共同作用下弹性均质路基的动力响应

为了研究地震发生时列车移动荷载引起的弹性均质路基的振动响应规律,采用ABAQUS软件并与FORTRAN相结合建立轨道结构-路基-地基三维数值计算模型,通过编制DLOAD子程序模拟列车移动荷载,在模型底部输入地震加速度模拟地震荷载,采用三维黏弹性人工边界模拟波从有限域向无限域传播,忽略轮轨接触及轨道不平顺的影响,通过对比分析的方法,总结地震荷载和列车移动荷载共同作用下路基在不同列车速度及轴重条件下的应力、位移和加速度的振动特征。研究结果表明:地震荷载对路基的位移振幅起主导作用,列车移动荷载对路基的应力和加速度起主导作用;路基各结构层的位移随列车轴重的增加而减小,随车速增加表现为先减小后增大;路基各结构层加速度随着列车轴重的增加而增加,随车速增加表现为先减小后增大又减小的趋势;推测车速70 m/s为列车影响的临界速度。     

挡墙转动对既有刚性桩复合地基荷载分配影响研究

目的探究挡墙转动对邻近刚性桩复合地基荷载分配机制的影响.方法采用室内模型试验分析对比挡墙静止和转动模式下4桩复合地基的荷载分配机制.结果挡墙转动使墙后土体发生移动,进而使土体先发生沉降,上部荷载由此向桩顶转移.桩顶应力不断增大,桩间土应力不断减小,使得桩土应力比持续增大;桩顶应力和桩端应力在转动角度10~(-3)rad以内变化较大,后期趋于稳定,总体趋势呈现二次抛物线形状;转动导致土体位移量由近而远减小,后桩应力增长率明显大于前桩,且后桩应力增长速率约为前桩应力增长速率的3倍.结论桩顶应力、桩端荷载承担比和桩土应力比随转动量的增加而逐渐增加,且后桩桩顶应力增加快于前桩;桩间土应力随转动量增加而减少,且靠近转动挡墙处桩间土应力下降最快.     

级配分布对杂填土地基互嵌沉降影响的试验分析

为探究非规则颗粒级配分布对杂填土地基互嵌沉降的影响,借助自主研制的杂填土与软土互嵌试验仪,通过室内试验分析杂填土地基试样的互嵌沉降和软土固结沉降,研究级配不同的3种杂填土地基试样在不同上覆荷载（50、100、150 k Pa）作用下的总沉降、互嵌沉降的发展规律及互嵌沉降和总沉降之间的关系,探究曲率系数和上覆荷载变化对杂填土地基试样稳定沉降量的影响.试验结果表明：级配不同的3种杂填土地基试样的总沉降和互嵌沉降时程曲线均可划分为线性增长、缓慢上升、趋于稳定3个阶段.互嵌沉降是杂填土地基试样沉降的主要组成部分,特别是在互嵌发展的初期.当上覆荷载较小（50 kPa）时,杂填土地基试样的稳定沉降量随杂填土曲率系数的增大先增大后减小;当上覆荷载较大（100 k Pa和150 kPa）时,杂填土地基试样的稳定沉降量随杂填土曲率系数的增大先减小后增大.     

刚性基础下砼芯水泥土桩复合地基沉降计算

为了计算复合地基沉降并研究其相关影响因素,首先,考虑界面相对位移对界面侧摩阻力的影响,获得理想弹塑性荷载传递函数;然后,根据荷载传递法的基本原理,建立砼芯、水泥土桩和桩周土三者各自的平衡微分方程,得到三者相应的应力位移表达式;最后,通过与数值模拟对比验证了该方法的可靠性,分析了上部荷载、含芯率、面积置换率、桩周土和下卧层压缩模量对复合地基沉降量的影响。研究结果表明:刚性基础下砼芯水泥土桩复合地基中砼芯承担了较大部分的上部荷载,水泥土桩次之,桩周土的荷载分担比最小;随着荷载增大,砼芯的荷载分担比逐渐减小,桩周土和水泥土桩的荷载分担比逐渐增加,荷载由砼芯向外逐步传递到水泥土桩与桩周土;随着上部荷载减小,含芯率、面积置换率、桩周土和下卧层压缩模量增加,复合地基沉降量逐步减小,其中含芯率的影响相对较小;除下卧层压缩模量外,各影响因素对桩周土压缩量的影响程度显著大于下卧层土体压缩量的影响程度。     

非均匀地基在矩形移动荷载作用下的动力响应

利用半解析法研究矩形移动荷载作用下非均匀地基的动力响应问题.基于双向Fourier级数展开技术,建立矩形移动荷载作用下非均匀地基的动力计算模型,其中考虑地基剪切模量为随深度任意变化的连续函数.经过理论推导,给出非均匀地基在矩形移动荷载作用下地基中位移级数形式的解析解答.通过数值算例分析并讨论地基非均匀参数、荷载移动速度以及地基表面的剪切模量等对地基力学响应的影响规律.从数值计算结果看,表面土体的剪切模量越大、非均匀程度越大、移动荷载速度越小,都会使土体中各点的竖向位移减小.     

双层顶管隧道施工引起的土体竖向变形规律研究

采用数值分析方法,研究了双层顶管隧道施工引起的土体竖向变形规律。研究表明:顶管隧道施工引起的地层移动主要是由于地层损失引起的。地层移动主要是垂向位移,其水平位移很小,可忽略不计。在垂直顶管走向上,地面沉降呈以顶管轴线为对称轴且开口向上的抛物线形状,其最大值发生在顶管正上方。在顶管施工过程中,先行施工的下层顶管引起的沉降约占总沉降量的80%;当上层顶管位置不变时,总沉降量随着下层顶管埋深的增大而线性增大;当顶管间距逐渐增大时,上层顶管开挖引起的沉降量与总沉降量之比逐渐减小,下层顶管引起的沉降量与总沉降量之比逐渐增大,下层顶管对上层顶管影响逐渐减弱。     

混凝土芯水泥土搅拌桩群桩复合地基承载特性分析

为了探讨混凝土芯水泥土搅拌桩群桩基础在软土地基中的受力特征,以及褥垫层的移动趋势,进行混凝土芯水泥土搅拌桩群桩复合地基加固软土地基的室内模型试验。通过监测分级荷载作用下复合地基的沉降和桩顶、桩底以及桩间土不同位置的应力分布的变化来探讨复合地基承载特性。对桩顶平面处A桩周围土层表面埋设标志物,分析了褥垫层材料的移动态势和桩间土体的沉降量的规律。试验结果表明:复合地基在上部荷载作用下,加载初期是由桩来承担大部分上部荷载;由于褥垫层的调节作用,桩顶面处的桩土应力比逐渐增大,达到峰值后比值有所减小直到趋于稳定。混凝土芯水泥土搅拌桩群桩复合地基在上部荷载作用下的沉降曲线(P-S曲线)为缓变型;褥垫层向群桩所围成几何图形的中心移动,桩周土的水平位移和竖向沉降都以桩为中心呈现由近及远不断减少的趋势。研究结果为工程实践提供了有益的参考。     

混凝土芯水泥土搅拌桩群桩复合地基的承载特性

为了探讨混凝土芯水泥土搅拌桩群桩基础在软土地基中的受力特征,以及褥垫层的移动趋势,进行混凝土芯水泥土搅拌桩群桩复合地基加固软土地基的室内模型试验。通过监测分级荷载作用下复合地基的沉降和桩顶、桩底以及桩间土不同位置的应力分布的变化来探讨复合地基承载特性。对桩顶平面处A桩周围土层表面埋设标志物,分析了褥垫层材料的移动态势和桩间土体的沉降量的规律。试验结果表明:复合地基在上部荷载作用下,加载初期是由桩来承担大部分上部荷载;由于褥垫层的调节作用,桩顶面处的桩土应力比逐渐增大,达到峰值后比值有所减小直到趋于稳定。混凝土芯水泥土搅拌桩群桩复合地基在上部荷载作用下的沉降曲线(P-S曲线)为缓变型;褥垫层向群桩所围成几何图形的中心移动,桩周土的水平位移和竖向沉降都以桩为中心呈现由近及远不断减少的趋势。研究结果为工程实践提供了有益的参考。     

简谐移动荷载作用下饱和土地基上无限长梁的动力响应

根据Biot理论及Euler-Bernoulli理论,建立饱和土体地基上的无限长梁受简谐移动荷载作用模型;由梁-土体系的变形协调条件,推导梁-土体系的等效刚度;由Fourier变换得到时间-空间域的梁-土体动力响应;分析荷载速度、频率、饱和土体的参数对梁-土体系的影响。研究结果表明:当荷载在某一低频时,随着荷载速度增大,梁的最大竖向变形、弯矩也增大,而当移动荷载的频率较高时,荷载速度对梁的变形及内力的影响较小;对于饱和土体地基上的无限长梁,当荷载速度超过土体剪切波速时,梁仍然存在一系列其他模态所对应的关键速度,此时,梁有最大变形出现。