扶壁式加筋复合挡墙变形规律和受力机理

采用离心机模型试验和FLAC3D数值模拟相结合的方法,研究上海某高填土工程中扶壁式挡墙与包裹式土工格栅组合的复合挡墙变形规律和受力机理.离心机模型试验结果表明,复合挡墙的水平位移较小,能较好地控制高填土水平位移.在离心机模型试验的基础上,采用FLAC3D计算了复合挡墙的水平土压力,并与同尺寸和参数条件下的纯加筋挡墙、纯扶壁式挡墙的水平位移和水平土压力进行对比分析,结果表明,复合挡墙中扶壁式挡墙能有效地控制水平位移,包裹式土工格栅分担大部分水平土压力.该研究为高填土复合挡墙工程设计提供了理论依据.     

开口管桩沉桩过程试验研究与颗粒流模拟

利用侧面透明的模型箱和铝管半模桩模拟了开口管桩在砂土中的沉桩过程.分别测量了不同桩径和不同相对密实度开口管桩完全闭塞时的土塞高度.结果表明桩径越大,相对密实度越小,则土塞高度越大.利用高分辨率数码摄像设备观察到了土塞形成的三个阶段,重点分析了土塞内几个特征砂颗粒的移动轨迹和压桩过程中孔隙率和接触数的变化,从细观尺度出发探讨开口管桩沉桩过程中砂土的变形机制和土塞形成机理.利用Geodip软件分析了桩土接触面处的砂粒长轴定向和平均配位数,分析表明,土塞形成过程中颗粒原先的结构被打破以及发生了剧烈旋转,颗粒重新进行分布.在模型试验基础上,通过二次开发PFC2D颗粒流程序对沉桩全过程进行离散元仿真模拟.数值模拟结果表明,PFC2D能够模拟开口管桩从开始刺入砂土到形成土塞并最终呈现闭口管桩性态的整个过程.     

泥石流启动试验的数值模拟研究

采用离散元颗粒流程序PFC3D(Particle Flow Code)对泥石流启动过程的模型试验进行数值模拟研究.考虑泥石流启动过程中砂土的非饱和特性,在前期研究的基础上对模型进行改进,利用微小颗粒模拟水团,并通过设置黏结模型模拟土颗粒间的基质吸力.将数值模拟结果与室内模型试验进行对比分析,分析得出泥石流的启动表现为后部土体推挤前部土体快速下滑.非饱和状态下,颗粒间的基质吸力提供了一定的土体强度,当渗透力和重力引起的下滑力克服这种颗粒间的黏结力时,土体由非饱和状态逐渐转变为饱和状态,泥石流才会启动.与原有未考虑非饱和特性的数值模拟方法对比,结果表明,使用PFC3D并考虑土体非饱和特性,可以更接近地模拟流滑型泥石流的破坏形态和启动过程.     

软土地基刚/柔性组合墙面加筋土挡墙离散连续耦合数值模拟

基于软土地基直立刚/柔性组合墙面加筋土挡墙离心模型试验,建立离散-连续耦合数值模型,采用离散单元颗粒流程序PFC和有限差分程序FLAC分别模拟加筋土挡墙和软土地基,研究软土地基上刚/柔性组合墙面加筋土挡墙的性状及内、外部稳定性.研究结果表明,数值模拟的挡墙沉降、墙面水平位移、墙底竖向土压力及墙面弯矩与离心模型试验结果吻合较好;挡墙在自重及上覆荷载作用下产生显著的沉降和不均匀沉降,但挡墙整体仍保持稳定,显示该型挡墙具有很好的适应软土地基大变形的能力;自重及上覆荷载作用使得连接件末端位置产生应力集中,导致此处的地基表面沉降最大;上覆荷载作用下,刚性墙面弯矩在墙中处最大,为外侧受拉,而在靠近墙底和墙顶处较小,为内侧受拉;软土地基上该型挡墙稳定性一般为深层滑移外部稳定性,其破坏面由过挡墙底层筋材后缘填土中的朗肯破坏面和地基中的圆弧滑移面组成;该型挡墙内部稳定性表现为随软土地基滑移破坏,挡墙内筋材由下至上依次断裂,形成过底层连接件后缘的朗肯破坏面.     

软土地基刚/柔性组合墙面加筋土挡墙

基于软土地基直立刚/柔性组合墙面加筋土挡墙离心模型试验,建立离散连续耦合数值模型,采用离散单元颗粒流程序PFC和有限差分程序FLAC分别模拟加筋土挡墙和软土地基,研究软土地基上刚/柔性组合墙面加筋土挡墙的性状及内、外部稳定性.研究结果表明,数值模拟的挡墙沉降、墙面水平位移、墙底竖向土压力及墙面弯矩与离心模型试验结果吻合较好;挡墙在自重及上覆荷载作用下产生显著的沉降和不均匀沉降,但挡墙整体仍保持稳定,显示该型挡墙具有很好的适应软土地基大变形的能力;自重及上覆荷载作用使得连接件末端位置产生应力集中,导致此处的地基表面沉降最大;上覆荷载作用下,刚性墙面弯矩在墙中处最大,为外侧受拉,而在靠近墙底和墙顶处较小,为内侧受拉;软土地基上该型挡墙稳定性一般为深层滑移外部稳定性,其破坏面由过挡墙底层筋材后缘填土中的朗肯破坏面和地基中的圆弧滑移面组成;该型挡墙内部稳定性表现为随软土地基滑移破坏,挡墙内筋材由下至上依次断裂,形成过底层连接件后缘的朗肯破坏面.     

基于三维离散元法的强夯动力响应研究

为了从宏细观结合入手研究粗粒土在强夯作用下的动力响应机理,以干砂强夯室内模型试验为基础,通过引进和二次开发颗粒流程序(PFC3D),首次采用三维离散元法建立土体和重锤数值模型,模拟了强夯的动力冲击过程,研究了夯锤及土体的动力响应,并初步分析了土体颗粒运动规律.结果表明:强夯振动属于单峰值冲击振动,土体动应力峰值沿深度具有一定的滞后性,动应力的衰减在水平方向较竖直方向快,锤底土体颗粒以竖向运动为主,锤底斜下方颗粒主要做斜向下运动,锤侧颗粒以水平或斜向上运动为主,出现松动和飞起现象,数值模拟结果与室内模型试验基本吻合.研究工作为揭示强夯加固粗粒土细观机理及模拟实际工程问题提供了一种新的思路.     

帽型钢板桩挡墙土压力分布离心模型试验

采用离心模型试验模拟了帽型钢板桩挡墙支护的基坑开挖过程,研究了钢板桩挡墙两侧土压力分布的变化规律,并与等效截面刚度的平板挡墙支护开挖试验进行了对比,分析了钢板桩挡墙迎土面的起伏几何形状对土压力分布的影响.试验结果表明,钢板桩挡墙的截面形状影响其后土压力分布,相同高程处钢板桩挡墙凹凸部分的土压力不相等,大小关系与其位移模式有关.当墙体远离土体运动时,迎土面凹处土压力大于凸处,当墙体靠近土体运动时,凹处土压力则小于凸处.随着基坑开挖深度的增加,墙体变形模式产生变化,导致钢板桩挡墙两侧土压力的时空分布在不同埋深处也有所区别.     

条带式加筋土挡墙力学性能模型试验及数值模拟

通过室内模型试验对条带式加筋土挡墙的作用机理进行探讨.测试挡墙面板的水平位移、侧向土压力以及筋带轴向应变在填土表面局部逐级加载情况下的变化情况,并利用有限元软件进行数值模拟.数值模拟与模型试验结果一致表明,土体中加入筋体材料能明显提高其稳定性;在各级荷载作用下挡墙面板的侧向土压力沿墙高向下逐渐增大,而侧向位移沿墙高向下则逐渐减小;筋带的轴向应变呈单峰状分布.模型试验中,局部逐级荷载作用下,挡墙面板的侧向土压力增量沿墙高向下逐渐增大;侧向位移增量明显上部大于下部;筋带沿其轴向应变的增量先增大后减小.     

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.     

刚性挡墙主动破坏墙后土拱效应细观研究

为了研究土拱效应对挡墙主动土压力非线性分布的影响,运用细观颗粒流方法研究挡墙绕墙顶部转动主动土压力分布和墙后土拱效应细观形成机理,提出跨高比和矢高比表征土拱曲线.研究结果表明:跨高比和矢高比越大,则土拱效应越明显;细观颗粒流方法能够较好地模拟挡墙绕墙顶转动主动土压力分布;当挡墙绕墙顶转动、挡墙位移小于0.05H(H为墙高)时,沿墙高到墙顶0.4H范围内土拱效应较明显,主动土压力呈显著非线性分布;在其他位移模式和位移情况下土拱效应不明显,计算挡墙绕墙顶转动土压力时应考虑土拱效应的影响;若土颗粒和墙体摩擦因素越大,土颗粒刚度越小,则土拱效应越显著.     

水平筋形式对水平-竖向加筋砂土强度的影响

选用有机玻璃作为加筋材料,针对不同的水平筋形式(带孔、满布)、竖筋高度以及不同围压下的水平-竖向(horizontal-vertical,H-V)加筋砂土,进行100多组平面应变试验.研究不同的水平筋形式对H-V加筋砂土强度的影响,同时验证竖筋高度和围压对强度的影响.试验结果表明,水平筋带孔时,H-V加筋砂土的强度优于满布情况下的强度.这主要是因为孔洞能够将轴向荷载传递给下部土体,使竖筋不会过早破坏,孔洞自身也形成了一种格室效应,增强了土体的强度.同时,孔洞的大小对加筋土体强度也有一定的影响,验证了竖筋高度存在最优值.     

工作状态下加筋土挡墙土压力分布规律研究

加筋土挡墙墙背侧向土压力的计算方法都不能很好地解释工作状态下的分布情况,现场测试表明土压力沿墙高呈上下小、中间大的形式分布。微元体法得出的重力式挡墙墙背主动土压力与静止土压力分布形式与加筋土挡墙现场测试结果比较接近,然而2种土压力进行组合后,分布形式吻合得非常好,但大小相差比较大。综合考虑了拉筋垂直层间距与填料的影响,提出了加筋土挡墙墙背土压力计算模型,并对模型中的拉筋层竖向间距对加筋土挡墙墙背土压力的影响系数进行了初步探讨,然后与现场测试结果进行了对比分析,证实了该模型的合理性。     

圬工与加筋土组合式挡墙离心模型试验

以湖北十房(十堰至房县)高速公路某处圬工与加筋土组合式挡墙为研究对象,通过土工离心模型试验技术,研究圬工与加筋土组合式挡墙的变形特性及内部土压力分布,并探讨强筋与弱筋(筋材模量)、长筋与短筋(加筋长度)以及密筋与疏筋(层间距)等参数对组合式挡墙的影响.研究发现:圬工挡墙与加筋土挡墙存在明显的相互影响,上部挡墙荷载使圬工挡墙发生内倾,这一内倾使加筋土挡墙上部水平位移进一步增大,并造成墙体底部土压力分布更不均匀;增大土工格栅模量、增加加筋长度、减小加筋间距,更有利于控制加筋土挡墙的变形;加筋土挡墙内部土压力和墙后水平土压力总体上小于理论值,且受挡墙加筋参数的影响;组合挡土结构的墙顶沉降主要发生在施工期,应加强施工质量控制,保证填土的密实度.     

交通荷载下H-V加筋路堤加筋效果的数值分析

针对交通荷载作用下的水平-竖向（Horizontal Vertical,H-V）加筋路堤,利用有限元软件ABAQUS建立二维模型并对路堤进行显示动力分析.通过动三轴试验,将其结果拟合成应变软化曲线并编入ABAQUS用户子程序,同时,对不加筋、水平加筋和H V加筋3种工况下的路堤变形和应变进行比较.结果表明：在交通荷载作用下,H-V加筋路堤能够显著减小路堤的竖向位移和水平位移;H-V加筋能够控制路堤的不均匀沉降,减小应变,而且较普通的水平加筋效果显著,尤其在水平位移的约束方面.     

条形荷载下三明治形加筋土挡墙模型试验

为研究一种新型挡墙结构—三明治形加筋土挡墙的受力变形特性，本文采用室内模型试验对比分析了条形荷载作用下三明治形加筋土挡墙与砂土加筋土挡墙的面板水平位移、挡墙沉降、水平土压力、竖向土压力的规律。结果表明：三明治形加筋土挡墙与砂土加筋土挡墙的变形与受力规律相似且差值不大；三明治形加筋土挡墙面板后水平土压力沿着挡墙高度的增加逐渐减小；填筑阶段时，三明治形加筋土挡墙筋材处的竖向土压力沿水平方向呈非线性分布，最大值发生在筋材中后部；加载阶段时，随着距面板的距离增大，筋材处竖向土压力先增大后减小。三明治形加筋土挡墙与砂土加筋土挡墙的变形与受力规律相似，两者性能较为接近。由于三明治形加筋土挡墙的成本较低，在实际工程中是一种较好的替代结构。     

加筋间距对加筋挡土墙工作性态的影响

在应用有限差分软件FLAC3D对某工程实例挡土墙成功模拟的基础上,通过改变加筋间距,分析其对挡土墙工作性态的影响.结果表明,挡土墙面板侧向位移及加筋层拉应力随着加筋间距的减小而减小.与极限平衡原理分析的结果比较表明,采用FLAC3D数值模拟能更加精确合理地分析不同的加筋间距对挡土墙稳定性的影响.     

筋材布设方式对加筋土挡墙动力响应的影响

针对目前加筋土挡墙设计和施工中筋材布设方式大多为等长形的问题，提出一种倒梯形的筋材布设方式，并基于挡墙位移分区理论和有限差分Flac^3D数值模拟，建立加筋土挡墙三维分析模型，探讨不同峰值加速度下3种加筋土挡墙对位移、水平土压力、筋材拉应力及潜在破裂面的影响。结果表明，随峰值加速度增大，挡墙位移逐渐增大，同一荷载作用下，改变筋材布设方式，侧向水平位移减少9.3%，竖向沉降减少5.3%；3种形式挡墙水平土压力相差不大，最大水平土压力分布在挡墙的中下部；筋材拉应力随峰值加速度的增大，沿墙高从单峰型转化为双峰型分布，最大值位于挡墙中下部；潜在破裂面填土区破裂带的形状与筋材的布设方式有关。所提出的倒梯形筋材布设方式对加筋土挡墙的抗震效果更好，可为施工设计中加筋土挡墙筋材布设提供参考。     

基于灰关联分析的加筋土挡墙频率敏感因子

加筋土挡墙振动频率反映其抗震性能,基于ABAQUS建立了加筋挡土墙频率计算有限元模型,计算5种工况下结构体系的前三阶频率,发现墙后土体弹性模量对结构体系的振动特性影响较明显.引入灰关联分析法,以填土弹性模量、泊松比、重度等5个参数为影响因素,分析其与振动频率之间的关联度,得到加筋挡土墙振动特性敏感因子.通过算例分析得到:加筋挡土墙振动特性对土体的弹性模量变化最敏感,其次为内摩擦角,对填土泊松比、重度、黏聚力敏感度较低;土体弹性模量与振动频率呈线性关系,而内摩擦角与振动频率呈二次函数关系,内摩擦角为32°时频率变化最为敏感;两个敏感因子对三阶振动影响趋势是一致的,即先增加后减小,再增加.泊松比、填土重度、黏聚力对振动频率的影响不规律.     

网格状带齿加筋的拉拔特性

在水平-竖向(horizontal-vertical,H-V)加筋体系基础上,提出网格状带齿加筋,并对网格状带齿有机玻璃材料进行拉拔试验研究.首先,对有机玻璃材料进行孔洞设置,并在合适的地方通过布置一定的齿筋来构成立体加筋材料；然后,对不同孔洞、不同齿筋高度的网格状带齿有机玻璃材料在多种法向应力情况下进行拉拔试验.试验...