基于土拱效应围护桩间距的计算模型

目前的围护桩设计中缺少合理计算桩距的方法.在充分考虑桩间土拱效应的基础上,建立了土拱水平受荷时土拱效应的计算模型,对土拱进行受力分析.当水平土压力作用在土拱上,拱后土体仍会受到部分应力作用;当拱后土体处于土体极限平衡状态时,不同方向的应力满足一定的关系.根据土体极限平衡状态条件、静力平衡条件和拱脚的几何条件,分别推导出了无黏性土和黏性土时桩间距计算模型,并对模型适用性进行分析.当桩后土体为无黏性土时,出于安全考虑,桩间距可取为零;当桩后土体为黏性土时,可根据所推导出的相应公式计算合理的桩间距.在使用模型计算时,应注意土体抗剪强度指标的选取,尤其是土体的内摩擦角建议取值不超过20°.     

斜插式桩板墙板间土拱效应数值模拟与竖向合理拱轴线计算方法

板间距大小是斜插式桩板墙结构关键设计参数,也是该结构能否被推广应用的核心问题.本文采用ABAQUS有限元软件分析了板间距变化对斜插式桩板墙板间竖向土拱效应的影响规律,给出了斜插式桩板墙的合理板间距范围,同时以相邻板板底作为拱脚支撑,计算得到了斜插式桩板墙板间竖向土拱拱轴线方程,并验证了受力分区的合理性.分析结果表明:斜...     

桩间距和桩帽宽度影响土拱效应的现场试验

为了研究桩间距和桩帽宽度对桩承式加筋路堤土拱效应的影响,在广清高速公路拓宽工程庆丰收费站进行了现场试验,实测了路堤荷载下不同桩间距和桩帽宽度下桩帽及桩间土表面的竖向土压力,据此获得土拱高度与桩帽净距的关系.试验结果表明,桩间土表面竖向应力近似均匀分布.当桩帽净距数值超过1.0m以后,土拱高度随桩帽净距的增加而减小.桩帽-土应力比随路堤荷载的增加而增大,随桩帽宽度和桩间距的增加而减小.桩帽荷载分担比随路堤荷载和桩帽宽度的增加而增大,随桩间距的增加而减小.桩间土荷载分担比随路堤荷载和桩帽宽度的增加而减小,随桩间距的增加而增大.     

基坑排桩桩间土拱效应的颗粒流模拟研究

基坑支护排桩之间净距离的大小对桩后土体的受力与变形会产生影响,采用连续介质研究方法无法研究相邻桩之间土拱的形成对桩后土体的影响.本文采用颗粒流软件PFC 2D对桩间水平土拱的形成、发展及失效整个过程进行数值模拟,分析了桩间距对土拱效应的影响,并对比了方形桩和圆形桩在产生土拱效应方面的差异.本文研究从微观方面揭示了土拱效应形成及破坏的机理,分析发现土拱的最大承载力、桩的最大荷载分担比随桩间净距与桩径比值的增大而减小,并且在相同的桩间距情况下,方桩受力性能优于圆桩.因此,在进行支护桩设计时,应选择合理的桩型和桩间距从而达到优化设计、节省投资的目的.     

切方边坡悬臂桩土拱效应形成与失效机制数值模拟

为了分析切方边坡悬臂桩受力特征,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。依据桩后土体的荷载-位移曲线和变形特征,揭示了桩后土拱形成过程的3个阶段以及各阶段土体应力分布和变形的特征。研究结果表明: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;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,土拱失效过程可分为3个阶段,且该过程受贴近桩体的土体的渐进破坏控制。土体强度和桩间距对桩后土体的荷载-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;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。     

垫层土拱效应试验与计算方法

为了研究刚性桩复合地基垫层土拱效应的作用机理,通过可视化模型箱对不同桩间距及垫层厚度的刚性桩复合地基进行室内模型试验,并对加载过程中桩顶及桩间土压力进行测试.利用数码相机拍摄数字照片观测垫层土体的变形,由垫层土体的位移场得出垫层内土拱几何形状,提出了二维土拱分析模型,运用二维力学方法对土拱分析模型进行计算,求解出桩顶及桩间土应力,并利用室内模型试验数据对理论解进行验证.结果表明,土拱分析模型计算结果与试验数据吻合较好,当垫层厚度与桩间距之比达到0.7时,垫层内部开始产生土拱.土拱分析模型的建立对于土拱效应作用机理和刚性桩复合地基垫层受力机理的揭示具有一定的参考价值.     

基于土拱效应的支护桩间距确定方法

在分析桩间土体成拱效应的基础上,从均布荷载作用下抛物线土拱计算模型出发,利用合理拱轴线和起拱点处土体破坏面等几何特征,通过桩间土拱静力平衡条件与强度条件共同控制来确定桩间距,从而推导出支护桩的间距计算公式.公式表明:桩间距随着桩后土压力的增大而减小,却桩后土体粘聚力或内摩擦角的增大而增大.最后通过工程实例计算,得到了比较合理的结果,具有一定的工程参考价值.     

桩-土作用下桩间距及桩位对抗滑桩及土体力学特性的影响

为探究桩间距及桩位对桩-土作用下抗滑桩及土体力学特性的影响,以某边坡治理工程为例,采用ABAQUS对不同桩间距及桩位的桩-土有限元计算模型进行数值模拟,分析模型达到临界破坏时的抗滑桩桩身内力及土体力学特性的分布规律.结果表明,抗滑桩的弯矩、剪力与桩间距呈正相关,与桩位距坡脚水平距离呈负相关.其中,弯矩随深度的变化曲线呈"凸"形,剪力呈"S"形;两桩中轴线上土体的x、y方向应力分量的幅值变化随桩间距的增大而减小,间接反映出土拱效应强度不断被削弱;土体x方向的应力峰值受桩位的影响较小,其峰值出现在桩后约1m的位置;土体x方向的应力峰值出现的位置随桩间距的增大逐渐远离抗滑桩.     

滩涂极软地基托板桩法处理技术研究

为研究滩涂极软地基上托板桩的工作特性,开展了现场试验和有限元分析.现场实测了地表沉降及土压力,并据此建立了二维平面应变模型,进而对不同时期的地基土超孔隙水压力、土压力、沉降、水平位移等问题进行了研究.研究结果表明:随着填土高度增加,桩顶与桩间土差异沉降增大,产生土拱效应和拉膜效应,桩身轴力、桩体荷载分担比和桩端附近土体超孔压增大;填筑完成后超孔压消散,地基土逐渐固结,桩间土与桩顶差异沉降增大后趋于稳定,桩体荷载分担比逐渐稳定在80％左右;土工格栅拉力较小,传递荷载的能力有限;浅层地基土对桩体有负摩阻力,桩身轴力沿深度先增大后减小;托板桩法可有效控制地基土水平位移.     

桩承式路堤土拱效应的三维数值模拟

结合模型试验结果,建立了三维有限元数值模型,对桩承式路堤中土体竖向应力分布规律进行了分析,计算结果和实测结果具有很好的一致性,而且反映出了土体竖向应力随深度的分布规律、土拱作用机理以及土拱的作用范围.模型试验和计算结果显示:桩承式路堤中土拱内部竖向应力随深度非线性减小,而土拱上部路堤中土体应力随深度近似线性增加.研究还发现,随着荷载水平和桩体-桩间土沉降差的变化,土拱的发生区域也在变化,实际土拱作用的影响范围在路堤底面以上约1倍桩间距的区域,要大于目前理论解答所做的假设.     

水平推力作用下抗滑桩间土拱效应影响因素的数值分析

利用FLAC3D软件对抗滑桩后土体的应力拱产生过程和形成机理进行三维数值分析,并通过一系列的对比计算,研究桩间距、土体性质(包括士体的内摩擦角、黏聚力、弹性模量、泊松比、膨胀角)以及桩土接触面性质等因素对土拱效应的影响.研究结果表明:随着抗滑桩桩间距的增大,土拱范围变小,土拱形状也由拱形发展到扁平抛物线形,桩的荷载分担比降低.土体内摩擦角、土体黏聚力以及桩土之间的相对弹性模量对土拱效应的影响呈正相关关系,而土体的泊松比对桩后土拱范围的影响呈反比关系,土体的膨胀角对土拱效应影响不太明显;随着桩土接触面粗糙程度的增加,桩后土拱的范围增大,土拱效应也越显著.     

基于颗粒非连续变形法的路基桩网结构土拱效应

桩网路基由于其施工工期短和沉降变形小等优点在中国铁路和公路建设中得到了广泛的应用。为研究桩网路基中土拱效应的机理和影响因素,采用非连续变形分析方法(discontinuous deformation analysis, DDA),通过改变路基高度、桩间净距和土工格栅参数建立了九种不同模型。结果表明：数值结果与实验结果吻合良好,验证了非连续变形分析方法在模拟路基桩网结构土拱效应上的可行性;随着路基高度的增加,土拱产生的作用逐渐显著,等沉面高度稳定为0.8～0.85倍桩间净距;桩间净距对桩土应力比峰值时刻有明显影响,随着桩间净距的减小,桩顶接受来自路基荷载传递的压力增大,桩土应力比达到峰值的速度加快。桩间净距的减小会导致等沉面高度的下降;加入土工格栅后,桩网结构所产生的桩土应力比与未加入土工格栅的相比更大,说明土工格栅可有效提高路基强度。     

考虑土体固结的被动排桩土拱效应研究

被动桩在邻近堆载作用下会出现土拱效应,而三维情况下考虑土体固结的被动桩土拱效应鲜有研究.将衡量桩承式路堤土拱效应的桩土应力比等参数推广到被动桩土拱效应的研究中,考虑软土地基弹塑性-固结耦合及桩土相互作用,运用ABAQUS有限元软件建立被动排桩三维模型,分析了桩身不同深度处、桩侧不同堆载大小下被动桩土拱效应变化规律,并分析土体固结对被动土拱效应的影响.结果表明:桩身不同深度处土拱效应不同,且与桩身受到的侧向压力有关;邻近堆载的增大会减弱被动桩土拱效应;随着固结时间增长,土拱效应减弱,但减弱程度有限.     

同步实施的相邻基坑相互作用机理

采用数值方法建立基于小硬变硬化(HSS)本构模型的相邻基坑模型,将其与单个基坑模型和不考虑墙土摩擦的相邻基坑模型进行对比分析,得到了同步实施的相邻基坑的受力变形特性,揭示相邻基坑相互作用机理.结果表明：坑间土体中存在两种土拱效应,一种是由墙体不均匀变形引起的土拱效应,另一种是由墙土摩擦引起的土拱效应,两者共同影响作用在围护墙上的土压力.随着基坑间距的减小,前者减弱,导致开挖面附近土体向被支撑土体的土压力转移减弱;后者增强,导致作用在相邻围护墙上的土压力减小.在两者的作用下,随着基坑间距的减小,作用在相邻墙体上的土压力先由R型分布向线性分布发展,再向R型分布发展,非相邻墙体水平位移最大值增大,相邻墙体水平位移最大值先增大后减小.     

变长桩-板结构应用在软土地区路-涵过渡段试验

为探究填筑期变长桩-板结构在深厚软土地区路-涵过渡段的作用机理,于G25德清—G60桐乡高速联络线湖州段设置了试验段,按桩长变化在变长桩-板结构两端及中间设置了3个综合监测断面,在其左右相邻段设置了2个沉降监测断面。针对桩体、板体、土体布置了共计60件静力传感器的高精度监测系统,分析填筑期内变长桩-板结构的桩土相互作用、荷载传递规律,并阐释其不均匀沉降控制机理。研究结果表明:过渡段沉降纵坡比最大值为1.5‰,衔接处的沉降差最大为1.2 mm;板下土体孔隙水压力值在填筑期受到明显扰动,2～3个月后孔隙水压力逐渐消散,趋于初始值;随着上部荷载的增大,管桩承荷增长速率远大于桩间土,待土体固结完成后,桩土应力比趋于稳定,最大值为45.86;板体4个桩中央处弯矩最大,桩-板连接处存在负弯矩;填筑期间土体受到挤压产生的侧向位移较小,最大为4.7 mm。利用变长桩-板结构可以有效解决软土地区路-涵过渡段沉降差异过大的问题,实现由沉降量小的水泥搅拌桩区向沉降量大的管桩区过渡,该研究可为变长桩-板结构在路-涵过渡段的应用和推广提供依据。     

被动桩中土拱形成机理的平面有限元分析

国内外对被动桩中土拱形成机理的研究比较少，尤其针对不同土性土体中这类问题的对比研究更是少见。借助平面有限元数值方法，对粘性土与无粘性土中被动桩间的土拱形成机理作了研究和对比分析，并讨论了土拱形成过程与土拱效应随土体参数如粘聚力、内摩擦角、弹性模量、剪胀角、泊松比、桩土接触特征的变化规律。研究表明：土性不同时，土拱形成过程中桩周土体的受力和破坏形式不同；剪胀角、泊松比、桩土接触特征对桩间土拱形成机理和效应影响明显。     

静压双桩贯入均质土的应力及位移特性研究

为了研究静压桩贯入后土体的应力及位移特性,建立了静压双桩贯入均质土的三维有限元模型,并采用Abaqus软件对地表土体竖向位移、径向距离变化对土体应力和位移的影响、桩间土体的位移进行了数值模拟研究﹒研究结果表明：静压双桩贯入造成桩间土体呈“驼峰”状,土体水平位移及应力在桩尖以上1.8 m处达到最大值;桩体贯入所产生的土体下沉量随离桩体径向距离的增大而减小,随土体深度的增加而逐渐增大,且在距地面以下3 m处达到最大值﹒     

基于法向应力突变的组合式钢管抗滑桩土拱效应模型试验研究

土拱效应是抗滑桩与土相互作用的重要现象之一。将通过法向应力突变分析抗滑桩土拱效应的新方法推广到存在桩前土的悬臂式抗滑桩;并针对此抗滑桩设计了模型试验,提供了一种新思路。试验现象表明,桩后土压力发生突变,产生了土拱效应;在一定范围内增大外荷载时,桩间土拱效应呈现出随荷载增大而增强;但在此后继续增大外荷载,土压力突变现象减弱,土拱效应减弱;在一定范围内,桩间距较小时土拱效应更明显。     

墙桩间距对遮帘式板桩码头结构遮帘效应的影响分析

为了研究墙桩间距对遮帘效应的影响,利用京唐港32#原型观测试验揭示了遮帘式板桩码头结构的遮帘效应.分别采用离心模型试验和有限元模拟,对比码头开挖前后以及不同墙桩间距下前墙平均侧土压力系数、土压力分布及水平位移的变化情况.结果表明,码头开挖前,无遮帘桩情况下,前墙上平均侧土压力系数最大,且随墙桩间距的增大而减小;码头开挖后,随着墙桩间距的增大,前墙水平位移、前墙陆侧上土压力以及前墙与遮帘桩的相对水平位移增大,前墙陆侧对应桩间侧与对应桩侧上的土压力差值则逐渐减小.在实际工程施工条件允许的情况下,墙桩间距越小,遮帘式板桩码头结构的遮帘效应越明显.     

加筋对桩承式路堤荷载传递影响的三维有限元模拟

建立了土拱效应分析的三维弹塑性有限元模型,采用数值模拟方法研究了桩承式加筋路堤的荷载传递机理。计算结果表明,路堤底部加筋增强了路堤荷载向桩帽上转移的能力。影响路堤荷载向桩帽上转移主要是土拱效应,其次是加筋的拉膜效应。土拱效应与路堤加筋与否关系不大。加筋拉膜效应在土拱效应发挥后开始发挥,桩帽边缘处底部加筋的拉应力最大。加筋拉膜效应随着加筋刚度和桩间距的增加而增大,随着加筋位置的升高而减小。与底部加筋的桩承式路堤相比,对于给定的桩帽-土差异沉降,双层加筋桩承式路堤中加筋的拉膜效应增大,第一层加筋的拉应力减小。第二层加筋铺设位置越高,其拉应力越小,最大拉应力点向桩帽中心方向移动。