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.     

考虑加筋体三维变形的桩承式路堤沉降计算方法

已有研究发现,外界荷载作用下加筋体将产生三维变形,且变形形状近似于椭圆抛物面.根据加筋体的三维变形特点推导了加筋体的三维变形表达式,并据此推导了加筋体的应变、加筋体上作用的竖向应力以及加筋体拉力的求解公式.将加筋体变形三维效应的解析方法应用于桩承式路堤中,分别分析了桩为正方形与梅花形布置情况下土拱破坏发生在拱顶与桩帽时,作用在路堤底部四桩中心处的竖向应力.进而推求了桩承式加筋路堤中同时考虑土拱效应、加筋体作用以及软土承载作用的简化计算方法.该简化计算方法可求解获得桩承式加筋路堤中软土表面最大沉降、软土表面作用的竖向应力,以及路堤中竖向应力沿深度的分布规律.将该简化计算方法应用于桩承式路堤的2个工程实例中,计算了软土表面中心处的沉降,并分析了桩间距的变化对软土表面最大沉降的影响.通过对比发现:采用简化方法计算出的结果与现场监测结果的误差分别为19.5%与13.0%,从而验证了该简化计算方法的正确性.从计算结果中同时可以看出:软土表面最大沉降随桩间距的增大基本呈线性增大的趋势,当桩间距增大75%时,软土表面最大沉降增大约86%～95%.     

基于不同路堤加筋形式的土拱效应离散元

基于室内Trapdoor模型试验,采用MatDEM离散元软件将双向土工格栅二维化,从土拱率、位移、力链和加筋体受力的角度对不同加筋形式下土体内土拱效应和拉膜效应作用进行了宏微观分析。结果表明:设置加筋可以有效提升土体内的荷载转移效率,减少土体表面的差异沉降,且土工布比土工格栅更能保持土体内部土拱结构的稳定;采用土工格栅加筋时,拱脚处为受力薄弱点,易发生土体垮塌,对土拱结构的稳定性造成影响;随着活动门的下移,加筋层以上土体内形成半圆形的土拱结构,土拱效应和拉膜效应共同工作。为衡量拉膜效应对荷载转移的贡献情况,定义了拉膜效应贡献率,最终状态时土工格栅和土工布的拉膜效应贡献率分别为40.78%和30.32%,说明加筋情况下土拱效应在荷载转移中发挥主要作用,加筋体为土工格栅时,拉膜效应转移的荷载占比更大。     

循环荷载下桩承式路堤中土拱效应动力折减系数离散元研究

土拱效应是桩承式路堤中荷载传递的关键因素，其在循环荷载下的发挥程度与稳定性直接影响路堤的承载能力. 基于室内土拱效应模型试验，采用PFC2D软件建立桩承式路堤颗粒流数值分析模型，并通过土拱效应室内模型试验结果验证了该离散元模型的正确性 .基于该离散元数值分析模型，在路堤表面施加正弦波荷载模拟交通循环荷载，分析了循环动载作用下桩承式路堤中土拱效应的发展演变过程与衰减规律 . 数值模拟结果表明：路堤的高度与桩净间距的比值、动载振幅以及加载频率的改变均能影响土拱效应的发挥，但路堤的高度与桩净间距比值的变化对土拱效应动力折减系数的影响最大. 路堤的高度与桩净间距的比值是影响动载作用下土拱效应稳定发挥的重要因素，将此因素考虑在内并对离散元数值模拟结果进行分析与曲线拟合，推求了土拱效应动力折减系数的表达式.     

路堤荷载下刚性桩复合地基桩帽效应分析

在分析路堤荷载作用下刚性桩复合地基中桩帽效应的基础上,通过理论分析、有限元计算、室内模型试验以及现场测试等方法,研究了桩帽以及桩帽尺寸的大小,对刚性桩复合地基中桩土分担比、加筋垫层的应力以及整体沉降特性等的影响.研究表明:桩帽的存在增加了桩顶与垫层之间的接触面积,起到均化桩顶集中力、减小桩顶向垫层刺入量的作用,使带帽刚性桩复合地基控制沉降的能力远好于不带帽刚性桩复合地基;桩帽尺寸逐渐增大,桩间土的应力明显减小,Q-S曲线由"陡降型"向"缓变形"转变,有助于带帽刚性桩复合地基整体承载力的发挥,从而提高了刚性桩复合地基的利用效率.     

柔性桩桩承式加筋路堤的差异沉降分析

针对柔性桩桩承式加筋路堤,建立路堤-网-桩-土相互协调共同工作的荷载传递模型,通过改进的路堤荷载传递模型和假定的柔性桩桩侧摩阻力分布模式,获得土拱效应、拉膜效应和桩土相互作用耦合下的桩土差异沉降、路堤等沉面高度等计算公式.通过工程实例的分析计算,验证计算模型的合理性.结果表明:路堤等沉面高度和桩土差异沉降均随路堤填土内摩擦角的增大先减小而后增加,随桩体压缩模量、桩土压缩模量比、桩间距增加而增大,随桩间土压缩模量、土工格栅抗拉强度、置换率的增加而减小;路堤等沉面高度随路堤填土压缩模量增加而增加,随路堤填土容重和填土高度增加而减小;桩土差异沉降随路堤填土压缩模量增加而减小,随路堤填土容重和填土高度增加而增大.     

带锥形桩帽复合地基桩土应力比计算及其数值模拟

针对锥形桩帽桩的几何特点、桩-土差异变形以及路堤填土内的土拱效应,考虑桩顶刺入路堤、桩端刺入下卧层,推导了路堤荷载下带锥形桩帽复合地基的桩土应力比计算公式.同时运用有限差分软件(FLAC3D)建立了数值模型试验,试验结果表明:随着锥形桩帽的锥角从5.7°增大到14°,桩土应力比的数值模拟值从3.06减小到2.08,公式计算值从3.13减小到2.19,桩土应力比的理论值与数值计算结果吻合良好,相对误差在2.01%～6.44%范围内,从而验证了文中方法的合理性.同时对比了等截面桩、常规带帽桩和锥形桩帽桩对路堤沉降的影响,桩顶截面尺寸相同时,带锥形桩帽复合地基的沉降值较小.     

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.     

土工格栅对在役桩承式路堤蠕变影响的研究

为了研究土工格栅在黄土地区对在役路堤蠕变变形机制的影响,利用 FLAC3D 软件及内嵌的FISH语言,对长治至安阳高速公路长平（长治—平顺）路桥过度段进行一比一数值模拟分析。通过对比实测值与模拟值,验证了模型的正确性,从而确保了模拟工后蠕变的准确性。本文通过格栅上部桩土应力比与格栅下部桩土应力比比值来分析张拉膜效应在工后蠕变中荷载传递能力的大小,通过横向差异变形率来探究格栅对减小路堤不均匀沉降的作用。研究表明：张拉膜效应和土工效应在路堤填筑过程中和工后蠕变间断二者传递荷载的特性处于动态平衡中,虽然填筑过程中,土拱效应远大于张拉膜效应,但随着工后蠕变,张拉膜效应发挥的作用逐渐增大,二者的差距逐渐缩小,直至达到新的平衡;土工格栅对减小路堤沉降和减小路堤不均匀沉降有不可替代的贡献。     

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.     

“桩承-加筋垫层”路堤设计方法讨论

桩承-加筋垫层法路基工作性状与设计方法,涉及软土地基承载力与路基变形控制、路基稳定性、新建与改造道路的使用寿命等.从分析土拱效应理论方法、路基变形控制、稳定性控制等方面入手,初步研究提出了桩承-垫层加筋法的简化计算方法,讨论了考虑变形控制与滑移稳定性控制条件下的加筋体应力、桩帽尺寸、变形控制设计方法.     

高填方路堤段桩网复合地基承载机理及桩土应力比计算方法

针对高填方段软土路基在路堤荷载下桩网复合地基的受力特点,分析了其自上而下的荷载传递机理.首先,将路堤简化为内外土柱,通过内外土柱的整体微分平衡关系,得到了等沉面高度的理论计算式,由此较为合理地模拟了高填方段的土拱效应.而后,针对荷载传递至土工垫层阶段,采用薄膜模拟了桩土之间的荷载分配关系.在此基础上,将桩网复合地基划分为众多土工格栅、桩及桩间土单元体,桩体及桩间土简化为弹性支撑,进一步得到了高填方段桩网复合地基桩土应力比计算式.最后,对影响高填方段桩网复合地基桩土应力比的各主要影响参数进行了初步研究.结果表明,桩土应力比随路堤高度增大逐渐减小,即填土高度增加后桩土荷载分配趋于均匀,而桩间距、填土的压缩模量的增大将导致桩土应力比增加.此外,土工格栅抗拉强度的增大将加大桩土应力比值,但影响幅度较小.     

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。     

水泥土连拱抗滑墙加固软基边坡机理研究

针对传统的复合地基加固软基边坡时水泥土桩身易拉裂破坏和弯折破坏的问题,为更好地发挥水泥土高抗压强度的特点,对新型边坡加固结构水泥土连拱抗滑墙设计并实施了大比例模型试验。分析了各级荷载下软硬土层所分担的水平推力,发现水泥土连拱抗滑墙能够有效地把推力传递到下层硬土中。采用有限差分软件FLAC3D对水泥土连拱抗滑墙与水泥土搅拌桩复合地基两种边坡加固结构进行数值模拟,分析了水平应力、剪应力的分布情况及土体塑性区分布的对比,比较两者的加固效果。结果表明,在相同条件下,复合地基中的水泥土桩易发生弯折,水泥土连拱抗滑墙能够有效发挥水泥土抗压性能,避免桩身出现拉裂破坏和弯折破坏。水泥土连拱抗滑墙加固效果明显优于水泥土搅拌桩复合地基。     

拓宽路基荷载下管桩复合地基沉降变形模式

为揭示拓宽路基荷载下管桩复合地基沉降变形特征及采用管桩处治技术缓解地基差异变形效果,开发土工构造物变形测试系统,升级传感器电测手段,建立与实际应力相符的离心试验模型,并借助有限元数值分析方法,系统研究了新老路基表层和管桩复合地基变形性状。研究结果表明：管桩处理能够快速控制软土地基的沉降,进而有效缓解拓宽新老路基的差异沉降;新老路基的沉降量对路堤高度的变化比较敏感,路堤填方高度变化会带来较大的地基沉降量的变化;路堤填方高度越小,管桩对于减少新老路堤变形的作用就越明显;在拓宽路基荷载的作用下,管桩复合地基最大沉降值位于拓宽荷载的形心垂线处。     

基于加筋路基中筋材应力性状的土工格室改进铺设方法

确定土工格室加筋路基中筋材内部的应力性状是控制工程成本、有效发挥土工格室加筋作用的关键因素。首先通过室内试验确定高强土工格室材料的应力-应变关系并以此确定其本构模型,而后基于ABAQUS有限元软件,采用分离式分析法分别建立土工格室及路基的计算模型,对多层土工格室加筋路基进行有限元分析。通过添加土工格室前后情况对比,改变土工格室的加筋层数进行分析,研究不同铺设层数的土工格室对路基沉降及侧向位移的影响。通过分析多层土工格室加筋路基内部筋材的拉应力性状,提出一种改进的铺设方法,并建立了有限元模型进行验证。结果表明:添加土工格室能够有效限制路基沉降及侧向位移,使路基的整体稳定性得到提高,具体表现为铺设1层土工格室时,路基中线处的竖向位移可减小36.2%,坡脚处的水平位移可减小74.8%,且路基的稳定性与土工格室铺设层数呈正相关。土工格室筋材内部拉应力由路基中线向路基两侧呈逐渐减小的趋势,在路基边缘位置已趋于零。采用多层土工格室加筋时,最底层的土工格室和最上层的土工格室承受较大的拉应力。在此规律的基础上,采用改进的土工格室铺设方法,在最大节约30%筋材的前提下,可取得大致相同的加筋效果。