路堤荷载下刚性桩复合地基稳定性计算

通过Boussinesq公式的改进解,考虑土拱效应,计算合理的桩身被动荷载,并根据非线性地基反力法,求得桩身内力分布模式。在此基础上,结合刚性桩复合地基的失稳破坏模式,采用桩身抗弯强度控制路堤的整体稳定性,并将其换算得到的抗剪强度指标应用于极限平衡法中,得到一种以桩身内力计算为基础的路堤荷载下刚性桩复合地基稳定性计算方法。最后,将本文方法与三维数值模拟、传统的极限平衡法以及等效砂桩法等简化计算方法进行对比。研究结果表明:本文方法能有效反映路堤荷载下刚性桩复合地基失稳破坏的机理,得到较合理的路堤整体稳定安全系数。     

基础埋深对碎石桩复合地基桩体破坏模式的影响

针对碎石桩复合地基中桩体性能,通过有限差分数值模拟与模型试验对比分析,验证了数值模型的可靠性,进而通过变化饱和黏土中碎石桩复合地基的埋置深度,分析了复合基础下单桩与群桩的承载特性和破坏模式。研究结果表明:增加复合地基的基础埋深,单桩复合地基的基础外土体围压增强,桩体侧向约束增加,桩体的最大径向位移减小,桩体破坏位置沿桩体向下移动;群桩复合地基桩体的破坏模式主要由桩体所在位置决定,中心桩破坏位置位于桩体较深处,边桩的破坏位置发生在桩顶附近,基础埋深对边桩的侧向约束作用较明显;摩擦型群桩复合地基破坏模式随埋置深度发生转变,并导致桩体破坏模式由最初沿水平方向鼓胀(剪切)破坏转变成为向下的刺入破坏。     

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。     

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.     

柔性基础下刚性桩复合地基的力学性状研究

通过有限元的方法对路堤荷载作用下刚性桩复合地基的力学性状进行了研究,主要考虑了路堤的高度、宽度以及压缩模量,以及桩体的压缩模量与复合地基置换率等因素的影响。利用ABAQUS通用有限元程序建立路堤荷载作用下刚性桩复合地基的力学模型,重点研究了以上几个主要因素对桩土荷载分担的影响和对桩身应力的影响,对比了柔性基础下和刚性基础下复合地基力学性状的差异。     

刚性桩复合地基承载性能动静试验分析

根据相似理论建立刚性桩复合地基群桩模型,测试其在静力作用下的变形特性、不同桩位桩体和桩间土的受力特性.静力试验表明:褥垫层能够调节桩-土荷载分担比,不同桩位桩身的应力,角桩最大,其次是边中桩,中桩最小.研究了在动力作用下刚性桩不同桩位的弯矩和剪力值随桩身分布的特性以及箱体的位移时程曲线.动力试验表明:无论是弯矩值还是剪力值都是角桩最大,其次是边桩,再次是中心桩;刚性桩复合地基具有良好的抗震性能.     

桩间土绕桩滑动破坏模式下路堤稳定性分析

针对刚性桩加固软弱地基上路堤稳定性现有计算方法存在的不足,提出了考虑路堤桩间土绕桩滑动破坏模式.基于Tomio土拱效应理论和Bishop圆弧滑动法推导出了该破坏模式下路堤稳定性计算方法,并将该方法与传统复合抗剪强度法对路堤稳定性进行对比.结果表明:传统复合抗剪强度法不能反映桩间土绕桩滑动破坏机理,高估了软弱地基上路堤的稳定性;通过对不同桩体抗剪承载力工况下路堤稳定性分析得到桩体临界抗剪承载力,当桩体抗剪承载力大于临界值时应考虑桩间土绕桩滑动破坏模式对路堤稳定性的影响.     

套筒长度对加筋碎石桩复合地基路堤变形和稳定性的影响

采用离心模型试验研究套筒长度对加筋碎石桩复合地基路堤变形和稳定性的影响。研究结果表明:(不加筋)碎石桩复合地基路堤下的桩体主要发生鼓胀变形,导致路堤整体产生显著沉降,但未出现剪切滑移趋势;半长加筋碎石桩复合地基路堤边坡及靠近坡肩下的桩体由于抗弯刚度不足,其在路堤荷载下产生弯曲变形及倾倒,同时位于路堤中心、主要承受竖向荷载的桩体则在加筋套筒底部未加筋部位产生明显的鼓胀变形,从而导致路堤产生很大的沉降,其桩顶和桩间土沉降量是碎石桩复合地基路堤的1.7倍左右;全长加筋碎石桩复合地基路堤边坡下桩体在路堤荷载下向外弯曲,由于其抗弯和抗压刚度较大,路堤沉降较小。在实际应用中,应对桩体采用全长加筋方式,以减小加筋碎石桩复合地基路堤的沉降,提高稳定性。     

基于有限元的桩体承载环境对复合地基性能影响分析

基于有限单元法,创新地建立了可以考虑刚性桩和砂井联合处理复合地基模型,分析了有无排水和有无桩帽等不同桩体工作环境下处理后复合地基的性能.结果表明:袋装砂井的存在可以有效改善地基固结效率,减小工后沉降;刚性桩对于地基沉降控制更为显著;桩帽的存在可以有效带动表层土协同作用,降低桩土应力比,从而减小路基的不均匀沉降.     

复合桩加固液化土桩身弯矩分析

通过对水泥土桩与钢管桩复合加固地基模型和碎石桩与钢管桩复合加固地基模型进行振动台模型试验,分析了这两组复合桩加固模型在模拟地震作用下超静孔隙水压力和桩身弯矩的变化情况,得出水泥土桩与钢管桩复合加固模型超静孔隙水压力几乎不变但桩身弯矩值下降很快,说明水体无排出,桩间土部分液化,土体承担荷载减小而桩体承担荷载增大;碎石桩与钢管桩复合加固模型超静孔隙水压力消散明显且桩身弯矩值有所降低,说明水体排出土体密实,土体承担荷载增大桩体承担荷载减小;因此,设计碎石桩与钢管桩复合加固液化土对实际工程很有意义。     

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.     

钉形搅拌桩复合地基荷载试验的三维数值模拟

介绍了一种新型水泥土搅拌桩(钉形搅拌桩),并在现场荷载试验的基础上,对不同桩体本构模型、不同桩数、不同桩土界面处理的钉形搅拌桩复合地基荷载试验的数值模拟方案进行了对比分析,确定了合理的模拟方法.结果表明:对于可能发生桩身屈服的数值模拟,桩体采用线弹性模型是不合适的;只设一根加载单桩不能反映现场荷载试验的群桩工作状态;对于该工况,采用加接触面、加过渡层和无接触面等不同桩土界面处理的结果差别不大.利用三维数值模拟分析了钉形搅拌桩复合地基的荷载传递和变形特性:钉形搅拌桩桩身荷载主要集中在扩大头部分,且衰减较快,变截面处桩身轴力有较大衰减,扩大头桩侧摩阻力较大,下部桩体侧摩阻力较小;桩身变形集中在扩大头,桩间土变形则集中在变截面以下较短范围内.     

复合地基垫层破坏模式的试验研究与数值模拟

为了研究复合地基中不同厚度碎石垫层的破坏机理,在室内模型试验中,利用数字图像无标点量测技术,研究了复合地基碎石垫层的变形场与变形模式,得到了碎石垫层的变形范围、滑动面位置与形状,再现了碎石垫层破坏形成完整破坏滑移线的全过程.通过开发颗粒流程序,模拟室内模型试验中碎石垫层在加载过程中的破坏过程,并与模型试验结果进行了对比.结果表明:当垫层厚度小于桩径时,桩身中性点位置集中于0.2～0.4倍桩长处,垫层发生局部剪切破坏;当垫层厚度大于桩径时,桩身中性点位置集中于0.7～0.9桩长处,垫层发生整体剪切破坏.刚性桩复合地基碎石垫层破坏机理的揭示对于优化复合地基碎石垫层的设计具有重要的参考价值.     

微型桩支护作用下的深基坑开挖过程力学响应分析

借助ABAQUS分析软件建立深基坑微型桩支护体系三维有限元模型,对开挖卸荷过程中微型桩的力学响应进行分析,探究由于开挖卸荷引起的体系应力、变形变化规律.分析结果表明,在基坑开挖卸荷过程中,当开挖到一定深度时,锚固段以上土体应力渐趋于零,而锚固段以下土体应力逐渐呈梯形分布;开挖过程中桩身承受正反弯矩,正弯矩逐渐增大,负弯矩则先增大后减小,锚固段可能出现走滑的现象;开挖结束后,桩身在靠近基坑底面处产生局部的倒"S"形扭曲变形,桩体呈双点拉剪破坏.     

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。     

钢纤维混凝土桩承载特性模型试验

为研究钢纤维混凝土桩在竖向荷载作用下的承载力、桩身应变特点以及桩体的破坏现象,就不同直径的钢纤维混凝土桩和素混凝土桩进行了静载试验.沿桩体纵向布置应变片,监测其应变.试验完成后,开挖出桩体,对比分析钢纤维混凝土桩和素混凝土桩的破坏特点.结果表明:掺入钢纤维能有效增大桩体抵抗压缩变形的能力;钢纤维混凝土桩桩径由4.5cm增至7.0cm时,桩体抵抗压缩变形的能力增大,单桩极限承载力增大,但当桩径由7.0cm增至8.0cm时,桩体的压缩变形和极限承载力变化较小;2种桩体发生破坏时均为桩体两端出现裂缝甚至破损,钢纤维有效地提高了素混凝土桩的抗裂性能.根据试验结果,给出了设计钢纤维混凝土桩的几点建议.     

柔性基础下桩体复合地基变形的有限元分析

针对柔性基础下桩体复合地基,采用ANSYS有限元软件,选取空间轴对称有限元模型及线弹性本构关系,通过在桩土接触面设置接触单元,对桩体复合地基进行考虑桩土相互作用的非线性分析,得出了桩长、置换率、基础刚度、桩体模量、加固区及下卧层土体模量对复合地基性状的影响规律,为复合地基优化设计提供一定的参考。     

刚性桩复合地基边桩效应的模型试验研究

刚性桩复合地基的边缘区域存在着边桩效应,这与刚性桩复合地基的失稳破坏存在着直接联系,对复合地基的承载能力和工作性状具有重要的影响.基于模型试验,通过对桩体轴力、桩侧摩阻力和桩土应力的分析,对刚性桩复合地基的边桩效应进行了系统的研究.研究表明:桩身最大轴力点位置大约在1/3桩长处,也与桩侧摩阻力中性点的位置基本相同;在相同荷载作用下,内桩分担的轴力比边桩大,且受力比较均匀;桩土应力的分布规律验证了刚性桩复合地基中土拱效应的产生,且内桩的桩土应力比大于边桩,体现了内桩相对于边桩在荷载传递中发挥了更为明显的分担作用.研究结果对于具体的工程应用具有一定的指导意义.     

桩土模量对桩网复合地基变形的影响

桩网复合地基作为目前应用比较广泛的地基处理形式,其变形量是一个关键的控制因素.在简要概述桩网复合地基的组成和工作机理的基础上,应用ABAQUS有限元软件建立了比较符合工程实际情况的三维桩网复合地基模型,对其在多种工况下的变形性状进行了数值模拟;同时较为详细地分析了路堤填土模量、桩间土模量和桩体模量对桩网复合地基变形的影...