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.     

考虑土拱效应的小桩距抗滑桩侧向力计算

在总结分析国内外抗滑桩极限侧向力确定公式及其适用范围的基础上,将散粒体极限应力状态平衡微分方程引入抗滑桩桩间距对桩后土拱效应影响规律分析中,发现小桩距下桩端土较桩间土先达到极限平衡状态,推力过大时桩端土产生塑性变形而非桩间土绕流,桩土荷载分担比极大. 研究结果可以解释试验中发现的现象,即小桩距下可产生明显的土拱效应,在较大滑坡推力下拱脚优先于拱顶发生破坏. 借鉴目前对桩后土拱效应的研究成果与极限侧向力研究思路,结合日本建设省土木研究所的“土研公式”,提出适用于小桩距下抗滑桩侧向力确定的新方法,可为抗滑桩设计计算提供参考.     

支护结构平移时的坑中坑被动区土拱效应分析

坑中坑式基坑由于相关设计规范对一些关键参数的确定缺乏明确规定,有时因为对内坑开挖引起外坑支护结构土压力的变化估计不足而引发一些工程事故;现有研究成果在坑中坑工程的被动区土压力分析中,没有考虑岩土工程中广泛存在的土拱效应,土压力分析不准确。通过合理的假定,对内坑支撑刚度较大且距离外坑支护结构较近的情况下,建立了无黏性土被动土压力力学模型,分析得到了坑间土体在极限应力条件下基于土拱效应的水平土压力系数和主应力旋转角;利用水平分层分析法求解得到了考虑土拱效应的被动土压力分布、合力大小、合力作用点位置等表达式。通过算例与经典土压力理论分析成果比较表明,研究成果能更好地反映实际土压力分布。     

考虑土拱效应的桩板墙挡板设计

基于有限差分法软件FLAC,以工程实例为依据,对边坡体系进行三维数值模拟,分析了土拱效应对挡土板设计的影响,为桩板墙挡板的优化设计提供参考。结果表明：在进行桩板墙挡板的设计时,应充分考虑土的压力拱效应;在某公路工程的滑坡处置中,采用的挡土板满足规范要求,治理方案是合理的。     

基于土拱效应的桩承式路堤承载变形计算研究

从桩土差异沉降、土拱效应、荷载分配三者的关系出发,提出桩体向上刺入路堤的体积等于土拱区体积的压缩量的假设,通过对桩承式路堤进行力学分析,并结合其变形协调特性,推导出用差异沉降表示的桩土应力比以及拱高的计算公式.采用模型试验和数值模拟结果对该方法进行了验证,并分析了桩土面积置换率、填土高度、填土内摩擦角对桩土应力比以及拱高的影响.结果表明了该方法所求得结果与实测值较为接近,验证了其合理性.     

考虑土拱效应的高路堤桩土复合地基受力分析

根据路堤荷载下复合地基的荷载传递机理及变形特征,综合考虑路堤填土的土拱效应和桩、土的荷载传递性状,采用假定的桩间土位移模式同时考虑桩土界面的相对滑移和同一深度处桩间土沉降的非同步性,基于典型单元体建立考虑路堤一桩土加固区一下卧层三者变形与应力协调的平衡方程,并求解获得表征桩土复合地基工作性状的桩土应力比及沉降变形解析公式.研究结果表明:由本文方法所得结果与工程实测结果较吻合,验证了本文方法的可行性.     

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°.     

基于水平层单元体及土拱效应模型土压力计算研究

对水平层单元体模型及土拱效应模型两种非线性土压力理论进行了研究,并结合试验资料进行算例分析,在此基础上提出一种能考虑位移、时间效应的,且能体现土压力非线性分布规律的土压力计算模型。算例分析结果能与实际规律较好地吻合。     

基于土拱效应的耦合结构围桩间距分析

针对一种新型围桩-土耦合结构,从土拱效应出发,结合普氏及桩的绕流阻力理论进行结构内各相邻围桩桩间距分析,得出围桩间距的计算控制式,同时各围桩之间小土拱的存在,推导出结构的桩土耦合直径计算式,通过耦合直径与桩间距、土体参数、桩数的变化规律。研究表明:在黏性土介质为主的,中小型边坡工程,结构采用五或六边形布置,桩间距采用3~4倍围桩桩径是较为经济合理的,并能够实现最佳耦合效果,为耦合结构的工程应用奠定基础。     

松散体滑坡抗滑桩加固的土拱效应分析

基于颗粒流理论,采用PFC2D程序对抗滑桩加固的松散体滑坡成桩后的土拱形成、发展及破坏过程进行研究,分析细观因素（摩擦系数和孔隙率）对抗滑桩土拱效应的影响.结果表明：抗滑桩第1次产生的土拱效应承担极限承载力;土拱破坏后,后续产生的土拱效应承担残余承载力,残余承载力虽有波动但变化不大;桩间土拱的极限承载力、残余承载力和桩体最大荷载分担比随着抗滑桩的桩间净距离增大而减小,随着桩宽增加而增大,但其变化关系并非简单的线性关系;在一定范围内,摩擦系数对抗滑桩土拱效应的影响较大,土体摩擦系数越大,土拱效应越明显,土拱极限承载力越大,且桩体最大荷载分担比呈增长趋势;颗粒集合体的孔隙率对抗滑桩成拱的影响显著,密实度低的松散体的土拱极限承载力相当于密实度高的松散体的残余承载力.     

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.     

黏性土挡土墙土拱效应的研究

为了研究黏性土挡土墙中滑裂面倾角变化对土拱效应的影响,在假定土拱形状为圆弧的基础上推导了考虑滑裂面倾角变化时侧向土压力系数的计算公式,推导出考虑土拱效应的张拉裂缝公式;并基于土楔形力学模型,得到了滑裂面倾角公式,以及考虑滑裂面倾角变化的竖向平均应力计算公式. 本文提出的计算方法不仅考虑了土拱效应,同时也考虑了考虑滑裂面倾角变化对挡土墙土压力的影响,因而更符合实际情况.     

考虑土拱效应的盾构隧道开挖面稳定性

在考虑松动土体内的三维土拱效应和开挖土体与刀盘摩擦力的基础上,改进了传统的筒仓楔形体模型计算方法.结果表明:最小土压应力并不是传统方法假设的均匀分布形式,而是近似呈抛物线分布;土的黏聚力、内摩擦角、刀盘与松动土体间的摩擦角以及埋深等物理参数对其最小土压应力均有一定程度的影响;降低刀盘与开挖面土体间的摩擦角可以显著增加开挖面的极限稳定性.通过与模型试验结果和其他计算方法的对比分析,验证了本文计算方法的合理性.     

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.     

桩承式路堤中填土高度对土拱效应作用的试验研究

为研究低填路堤下应力分布特点,结合武汉市中北路延长线的实际工程,在路堤填土过程中进行了土压力和沉降观测,研究了填土过程中土压力和沉降的变化特点,分析了填土过程中土拱效应的形成规律.试验结果表明,在填土较低时,土压力的分布不均匀,而填土较高时,路堤中土压力分布比较均匀;而且随着填土高度的增加,桩顶及桩间土都有沉降趋势,并且桩间土沉降明显大于桩顶沉降.三角形布置形式下,土拱分布在三角形桩布置形式的各边上,土拱效应在桩土间是逐渐发挥的,并且在填土高度达到0.5s(s=桩中心距)时,土拱效应开始显著发挥.     

堆载下土体侧移及对邻桩作用的有限元分析

在分析堆载作用下土体侧向位移的基础上 ,采用有限元法对无桩条件下的自由场土体侧向位移以及设置桩基后的桩土相互作用进行了数值分析 ,讨论了土体弹性模量和泊松比对土体和桩基侧向变形的影响 .结果表明 ,邻近堆载的自由场土体侧向变形可近似为上部软土的抛物线形和下部硬土的倒三角分布模式 ,采用不同的土体本构模型 (弹性或弹塑性 ) ,桩基的变形规律随弹性模量、泊松比变化而不同     

基于拱效应的钻探塌孔机理分析及对策

针对钻探勘察中塌孔事故易发现象,通过地应力和地下水渗透力两个影响因素对塌孔的机理进行了探讨.钻孔开挖打破了初始应力平衡状态,经应力调整达到二次平衡状态后,在钻孔周围形成最大主应力环绕的拱效应现象.推导了拱效应区域与钻孔半径、土体侧压系数的理论公式,认为地应力是造成钻孔在黏性土等可塑、软塑土中“缩孔”的主因.通过5组工况对拱效应的理论进行了验证,在卵石层中,地下水向钻孔内渗透,冲蚀卵石间的填充砂是造成卵石向钻孔内坍塌的主因；提出采用黏性土护壁、套管护壁以及混凝土护壁3种预防、处理塌孔的对策,同时以宁天城际一期工程初步勘察钻探的实例对理论分析进行了验证.     

深基坑支护结构的计算及设计

对深基坑支护计算中几种常用的土压力理论的特点及计算方法进行了分析。推导出考虑包括实际土层作用的支持结构的计算公式。并以共程实例作多种支护设计方案的比较。