劲芯水泥土桩复合地基承载路堤失稳破坏模型试验

劲芯水泥土桩可有效提高软土地基承载力,减小地基沉降和提高边坡稳定性。目前对于劲芯水泥土桩的研究主要集中在其承受竖向荷载条件下的工程特性上,对于路堤荷载下桩体失稳破坏模式与计算方法的认识尚不全面。开展1g重力场模型试验,对比研究了路堤荷载下天然地基、水泥土桩复合地基、劲芯水泥土桩复合地基路基变形、桩土应力、桩体应变、桩体破坏形态及路堤失稳模式,并评价了现有刚性桩复合地基稳定性计算方法对于劲芯水泥土桩复合地基承载路堤稳定性分析的适用性。结果表明：相较于水泥土桩,劲芯水泥土桩能有效约束地基土变形,路面沉降约为水泥土桩复合地基的61%～71%,坡外隆起约为12%～46%,进而显著提高路堤的稳定性。在路堤荷载下,劲芯水泥土桩表现出渐进式失稳破坏特征,桩体可发生纯压破坏、压弯破坏和弯曲破坏,且与桩体刚度和相对于路堤位置有关,桩体断裂位置与滑动面位置并未重合。等效抗剪强度法对于劲芯水泥土桩承载路堤稳定性分析具有一定的适用性和应用价值。     

路堤下桩网复合地基桩土应力比计算

针对"路堤-加筋垫层-复合桩基"共同作用模型所存在的不足,从土拱、筋材变形以及桩土荷载传递三个方面对其进行改进.首先,考虑地基分层、埋深与上覆荷载对桩土荷载传递的影响,推导桩、土竖向变形函数.然后,引入沉降主控的筋材拉膜效应经验模型,考虑路堤与地基侧向变形对筋材拉力的影响.最后,在土柱模型的基础上,考虑相对位移量对界面摩阻力发挥的影响,推导路堤底部荷载分配与差异沉降的关系.在上述工作的基础上,以桩土沉降与荷载分配为等量关系,建立了改进后的路堤、筋材、桩体、桩间土共同作用模型,并得到了路堤下桩网复合地基的桩土应力比计算方法.通过工程实例对本文方法进行验证,证明了本文方法的合理性.     

基于厚壁圆筒模型的筋箍碎石桩沉降计算

为解决现有方法难以考虑加筋材料实际受力状态而低估筋箍碎石桩复合地基沉降的问题,假设桩土等应变且均为线弹性材料,选取单桩有效加固单元整体作为分析对象,其中碎石桩同时受到加筋材料和土环的约束作用,而土环则可以考虑为同时受到单桩有效加固范围外土体的静止土压力和内部碎石桩鼓胀压力共同作用的厚壁圆筒,再结合广义胡克定律得到应力应变关系,进而导出了筋箍碎石桩复合地基沉降计算的新方法.采用工程实例验证并与已有方法进行比较,同时分析了外荷载水平、置换率对复合地基总沉降和桩土应力比的影响.与已有方法相比,该方法可以使上部荷载和筋箍碎石桩侧向受力变形联动进而调整加筋材料内力,从而更符合筋箍碎石桩实际受力变形情况,计算值与实测值相对误差为+5.70%,与现有保守计算方法相比误差最小.参数分析表明:置换率对于控制复合地基总沉降具有重要作用,外荷载一定时复合地基总沉降与桩土应力比均随着置换率提高而减小.     

基于厚壁圆筒模型的筋箍碎石桩沉降计算

为解决现有方法难以考虑加筋材料实际受力状态而低估筋箍碎石桩复合地基沉降的问题,假设桩土等应变且均为线弹性材料,选取单桩有效加固单元整体作为分析对象,其中碎石桩同时受到加筋材料和土环的约束作用,而土环则可以考虑为同时受到单桩有效加固范围外土体的静止土压力和内部碎石桩鼓胀压力共同作用的厚壁圆筒,再结合广义胡克定律得到应力应变关系,进而导出了筋箍碎石桩复合地基沉降计算的新方法.采用工程实例验证并与已有方法进行比较,同时分析了外荷载水平、置换率对复合地基总沉降和桩土应力比的影响.与已有方法相比,该方法可以使上部荷载和筋箍碎石桩侧向受力变形联动进而调整加筋材料内力,从而更符合筋箍碎石桩实际受力变形情况,计算值与实测值相对误差为+5.70%,与现有保守计算方法相比,误差最小.参数分析表明:置换率对于控制复合地基总沉降具有重要作用,外荷载一定时复合地基总沉降与桩土应力比均随着置换率提高而减小.     

基于弹性地基板理论的桩网复合地基桩土应力比及沉降计算

将桩网复合地基中的水平加筋垫层视为弹性薄板,垫层下的竖向桩体及桩间土体视为不同刚度的弹簧体系,基于Filonenko-Borodich双参数弹性地基模型,考虑加筋垫层的抗弯、拉作用,根据静力平衡建立薄板挠曲变形控制微分方程,并利用Bessel复变函数推导出相应的挠度函数。在此基础上,考虑桩土变形协调,推导桩网复合地基桩土应力比及沉降的计算公式。为验证本文方法的可行性,对某工程算例进行计算分析。最后,基于本文方法,探讨分析加筋垫层复合弹性模量、筋材拉力、桩土刚度比等因素对桩网复合地基桩土应力比和沉降的影响。研究结果表明:计算与实测结果吻合良好。桩土应力比随桩土刚度比、加筋垫层复合弹性模量及格栅拉力的增大而增大。     

竖向荷载下软土中碎石单桩破坏模式及承载力计算

采用有限差分法对软土地基中碎石桩单桩竖向受荷破坏全过程进行数值模拟研究.引入考虑体积应变截断的塑性硬化模型模拟碎石桩体,能够较好地反映碎石桩体的非线性剪胀力学行为以及由此引起的桩土相互作用.重点分析了桩体鼓胀变形、桩侧土压力演化以及由此决定的单桩破坏模式与典型荷载沉降曲线.传统单桩极限承载力公式所假设的整体剪切破坏模式仅适用于刚度较大的土体,而在软土中局部剪切破坏模式更为常见.为此,基于弹塑性介质中圆孔扩张理论推导了考虑桩体鼓胀变形及桩周土体刚度的碎石桩单桩承载力计算公式,并通过对比数值解验证了推导公式的有效性.较为系统地研究了软土地基中碎石桩单桩的承载机理及破坏模式,可为进一步研究碎石桩复合地基承载机理打下坚实的基础.     

桩承式加筋垫层路堤地基承载力计算方法

在分析桩承式加筋垫层路堤的力学作用机理与地基承载力影响因素的基础上,将地基承载力视为下承桩体复合地基承载力与加筋垫层及边坡土体压力作用所增加的承载力之和,采用叠加法建立1种综合考虑基础刚度、置换率、垫层扩散作用、加筋拉力作用、边坡土体压力作用的地基承载力计算公式与验算方法。研究结果表明:桩承式加筋垫层路堤地基承载力随基础刚度的减小、置换率的提高、加筋层数的增加、垫层扩散作用的加强而提高,筋材拉力对提高地基承载力起主要作用。     

循环荷载下筋箍碎石桩复合地基动力特性数值分析

过7组三维有限差分数值模拟试验,研究了循环荷载作用下筋箍碎石桩复合地基的动力特性,着重分析了4个重要参数对其性能的影响,并将数值计算结果与室内模型试验结果进行了对比分析,验证了数值计算结果的合理性. 结果表明,在循环荷载作用下,筋箍碎石桩复合地基的应力和沉降变化具有明显的动力特性. 相同循环加载条件下,增大碎石密度可有效提高碎石桩的承载力. 筋材使碎石桩的力学性能得到了改善,不同长度的加筋会对碎石桩产生明显不同的效果,在一定范围内增加碎石桩的加筋长度可以有效提高碎石桩的承载力. 筋材对复合地基顶部的累积沉降和应力集中率有显著影响. 筋材能提高碎石桩的整体性,加筋长度越长的碎石桩的振动协调性越好. 桩径对筋箍碎石桩复合地基顶部累积沉降的影响比较明显,碎石桩的最佳L/d值为8/3. 数值计算结果与室内模型试验结果拟合较好,沉降值最大相差7%,桩侧应力值最大相差9%.     

浆固碎石桩复合地基沉降分析

军理工大学 工程兵工程学院, 江苏 南京 210007; 4.舟山市港航管理局, 浙江 舟山 316000) 摘要：为研究浆固碎石桩复合地基沉降特性,首先建立了路堤荷载作用下桩土复合地基计算模型,并对桩土复合地基各部分变形协调特性进行了分析,随后按照圆形承载板作用下半空间体位移的解,对路堤荷载下复合地基各部分沉降进行分析,建立了桩土变形协调方程,推导出荷载作用下桩身轴力、桩端反力和桩侧摩阻力的计算公式。在考虑注浆渗透改善作用和桩体等效半径后,建立了复合地基沉降的计算公式。现场试验表明,实测值与理论计算值相吻合。     

桩承加筋路堤性状的有限元分析

桩承加筋路堤提高地基的承载力．减小沉降和差异沉降，减小路基的侧向变形，提高桩土荷载分担比，降低工程成本，应用越来越广泛。本文以一个路堤工程为原型，采用Plaxis8．2软件，利用拉格朗日大变形的分析方法，研究软土地基上的桩承加筋路堤的变形性状。分析了加筋材料的抗拉刚度、加筋的布置方式、桩间距和桩身刚度对桩承加筋路堤性状的影响。     

考虑水泥土软化特性的桩承加筋路堤渐进破坏研究

针对目前水泥土桩承加筋路堤稳定性计算较少考虑水泥土应变软化特性的不足，采用无筋水泥材料破坏后特性的应变软化模型(Concrete Model, CM)研究桩承加筋路堤的失稳过程，通过分析不同位置桩体受力特性和桩体塑性区的发展情况，探究桩体的破坏顺序及破坏模式.结果表明：CM模型能够准确地模拟应变软化对水泥土剪切和弯曲破坏的影响，忽略水泥土桩的应变软化特性会高估桩承加筋路堤稳定性；水泥土桩破坏由桩身弯矩和轴力分布控制，桩体破坏诱发的应力释放引起临近桩体的内力变化，导致临近桩体发生渐进破坏；坡面下的桩体容易发生弯曲破坏，破坏方向由坡脚向路堤中心延伸，而路面下的桩体容易发生剪切破坏，破坏方向由路堤中心向坡脚延伸；加筋体刚度的提高会降低桩体的弯矩，桩承加筋路堤的破坏模式由渐进破坏转变为承载力不足的瞬时破坏.     

路堤荷载下DJM-PVD复合地基固结特性数值分析

以淮盐高速公路现场试验段为原型,采用数值分析方法分析了路堤荷载下DJM-PVD复合地基的固结机理和桩土应力分配特性.数值计算中采用单元体模型来代表复合地基.数值分析结果表明:路堤荷载下,DJM-PVD复合地基上部中桩间土沉降大于桩体沉降,桩端附近桩体沉降大于桩间土沉降,存在桩土差异沉降,桩土差异沉降使得桩间土承担荷载和桩体承担荷载相互转移;复合地基的桩体应力集中、桩体应力比等与均桩土差异沉降的发展密切相关;DJM-PVD复合地基的固结机理主要包括3部分:排水板的排水效应、粉喷桩的应力集中效应以及桩土间荷载转移形成的孔压梯度,三者均能加速地基的固结,减少工后沉降.     

超高填方荷载下刚柔组合桩复合地基的加固机理及其优化设计

以玉溪—磨憨铁路普洱车站的超高填方工程为依托,借助ABAQUS有限元软件,研究超高填方路堤荷载下传统刚性桩和柔性桩复合地基桩体的受荷模式及路基稳定性。传统的刚性桩复合地基路堤中心处PHC管桩,桩身所受剪力和弯矩较低,PHC管桩的抗弯性能、抗剪性能未得到充分的利用;而传统的柔性桩复合地基则表现为路堤边桩侧向变形大,桩体柔性弯曲明显,路堤安全性相对较低等特点。在确保路堤安全的前提下,提出一种兼顾工程成本的超高填方荷载下刚柔组合桩复合地基优化设计方法,即将刚性桩布置于潜在滑裂面剪入口或剪出口位置,其余位置布置柔性桩。并借助有限元数值模拟方法对其加固机理及效果进行分析。研究结果表明:当刚性桩布置在剪入口位置时,能显著减少路堤的侧向变形以及坡肩处路堤顶面的竖向变形,其存在可直接阻止潜在滑裂面的进一步发展和贯通;而将刚性桩布置在剪出口位置,亦能减少路堤的侧向变形,但效果并不显著;且其能分担剪出口处桩周土体所受的剪切应力,使其塑性区向四周分散。2种优化方案下路堤安全系数均较常规柔性桩复合地基安全系数有显著提升。     

考虑鼓胀变形的散体材料桩复合地基沉降计算

针对竖向荷载作用下靠近桩顶一定深度的范围内,桩体不仅会发生竖向压缩变形且会发生侧向鼓胀变形特性,基于荷载传递法,导出了竖向荷载作用下散体材料桩复合地基中的某根单桩的桩身压缩量计算公式,进而得到新的散体材料桩复合地基沉降计算公式.分析时,视散体材料桩为弹性均质体,根据广义胡克定律得到其应力应变关系;桩周土提供的侧向约束力为桩侧竖向力引起的侧向土压力,并考虑加筋垫层的侧向约束作用及其沿深度的传递对桩体侧向约束的有利影响.为验证本文方法的可行性,对某一工程实例进行分析,且与其它方法进行比较分析.结果表明:与常规计算方法相比,本文方法从荷载传递规律出发,可考虑鼓胀深度随桩顶竖向荷载的增加逐渐向深处发展的特点,更符合散体材料桩复合地基的实际受力变形状况.     

桩承式加筋路堤挂网技术侧向位移影响分析

针对桩承式加筋路堤应用于高填方路堤下处理软土地基的缺陷,考虑在土工格栅铺设工艺上加以改进,研发出桩承式加筋路堤挂网技术.通过假设自由位移场,采用2阶段法对桩承式加筋路堤挂网技术与现有技术作用下单桩侧向位移进行对比分析.分析结果表明：相对于普通加筋,采用挂网加筋可以有效约束路基侧向位移和路基深层侧向位移.随着筋材模量和桩体抗弯刚度的增大,挂网加筋对路基侧向位移的约束作用逐渐增强;软土弹性模量越小,挂网加筋对路基侧向位移的约束作用越好.     

顶部加箍碎石桩复合地基沉降计算方法

针对工程实践中出现的顶部加箍碎石桩复合地基形式,分析了其破坏模式,探讨其沉降变形量计算方法。依据顶部加箍碎石桩的变形特性,将复合地基划分成加箍区、鼓胀区、非鼓胀区以及下卧层4个分区,建立了沉降计算模型。基于弹性力学中空间问题的胡克定律,考虑土工格栅的抗拉强度的影响,分析得到了加箍区沉降量;考虑桩体变形前后体积不变,推导出鼓胀段和非鼓胀段沉降计算公式;采用分层总和法计算下卧层沉降量。通过对比分析发现,采用上述方法计算得出的结果与实测及有限元计算方法得到的结果值都比较接近,符合实际工程要求。     

碎石桩单桩受荷模型试验的离散单元法数值模拟

为了克服连续介质模型无法有效反映碎石散体特性的缺陷,将碎石桩视为凸多边形离散块体集合,桩周软土视为理想弹塑性材料,采用二维离散单元与有限差分耦合数值方法建立了软土地基中碎石桩单桩竖向受荷模型,对碎石桩单桩受荷变形破坏及桩土相互作用全过程进行了模拟,通过荷载-沉降曲线、桩体及土体变形场应力场讨论了碎石桩单桩承载破坏机制.数值模拟结果与室内模型试验实测的荷载-沉降曲线、桩体鼓胀变形吻合良好,验证了本文数值模型的合理性.利用离散单元法建立的碎石桩模型无需复杂的本构模型假设便能较好地反映其鼓胀变形和失稳特性,同时讨论了模型的不足与有待进一步研究的问题.     

包裹碎石桩在粉质黏土地基中的承载特性研究

为了探究包裹碎石桩对粉质粘土地基的加固效果,本文基于模型试验和数值模拟方法,对包裹碎石桩与传统碎石桩复合地基承载力特性进行了研究,并分析了碎石模量、碎石内摩擦角和土工格栅刚度等参数对包裹碎石桩复合地基承载及变形的影响。结果表明：传统碎石桩复合地基在荷载小于20kPa时,沉降增大不明显。当荷载大于30kPa时,沉降迅速增大,复合地基失稳破坏;在一定的粒径范围内,相同级配下,碎石粒径越大,碎石桩整体变形越小,承载能力越高;包裹碎石桩的碎石模量在高应力状况下,对复合地基沉降的影响效果较为明显。当桩土模量比大于30时,其对复合地基的沉降影响逐渐减弱;增大碎石内摩擦角能有效增大桩土应力比,并提高桩身应力传递效率。随着内摩擦角的增大,复合地基的沉降逐渐减小,在高荷载水平下,其影响效果更加明显;土工格栅的包裹能减少复合地基沉降,但影响程度有限,当包裹刚度J>1000kN/m时,对沉降的影响逐渐减弱。     

筋箍碎石桩复合地基桩土应力比的计算与分析

针对筋箍碎石桩复合地基的受力变形特点,考虑桩-土的初始应力状态,假定桩为具有恒定剪胀角的弹塑性体,且满足摩尔库伦屈服准则与非关联流动法则,土体和加筋体为线弹性材料,考虑桩-筋材-土三者间相互作用,导得了筋箍碎石桩复合地基桩土应力比计算新公式.为验证本文计算公式的可行性,将本文方法计算结果与弹塑性极限分析方法结果进行对比分析,两者吻合良好.在此基础上,分析探讨了筋材刚度、桩周土变形模量、面积置换率等因素对筋箍碎石桩复合地基桩土应力比的影响.分析结果表明:筋材刚度是桩土应力比的主要影响因素,桩土应力比随筋材刚度、面积置换率、桩体内摩擦角的增大而增大,随着桩周土变形模量和桩体剪胀角的增大而减小.     

低路堤路基长短桩施工

京石铁路,以既有线附近石太线低路堤为例,介绍了采用桩身强度高、变形控制能力强的CFG桩、夯实碎石桩和钻孔灌注桩3类桩长短结合方案,处理固软土及松软土地基,实现了路堤荷载向高强度桩体的充分传递,其地基沉降控制效果明显。