土工格栅对在役桩承式路堤蠕变的影响

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)路桥过渡段进行一比一数值模拟分析。通过对实测值与模拟值的对比,验证了所建模型的正确性,从而确保了模拟工后蠕变的准确性。通过格栅上部桩土应力比的与格栅下部桩土应力比的比值来分析格栅在工后蠕变中荷载传递的变化机制,通过横向差异变形率来探究格栅对减小因蠕变引起的不均匀沉降的作用。研究表明:格栅、土拱在路堤填筑过程中和工后蠕变间断二者传递荷载的大小处于动态平衡中,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,二者的作用效果差距逐渐缩小,直至达到新的平衡;土工格栅对减小路堤工后蠕变和减小路堤工后不均匀沉降有不可替代的贡献。     

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.     

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。     

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.     

桩承式加筋路堤荷载传递效率计算方法研究

鉴于土拱效应和张拉膜效应对路堤荷载传递及路堤沉降变形性状有重要影响,进行了室内模型试验,基于PIV技术分析路堤填料沉降分布规律从而研究土拱形态特征,试验结果表明路堤中的土拱可用高度为0.8倍桩净间距的抛物线描述.之后,基于新的土拱模型,提出了相应的路堤荷载传递效率计算方法.新方法在计算路堤荷载传递效率时同时考虑了土拱效应、张拉膜效应及地基土反力作用.最后,通过现有文献中模型试验结果及数值模拟结果对所提计算方法的正确性进行了验证.     

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.     

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。     

水泥土搅拌桩复合地基桩土应力比的解析算法

为了分析路堤荷载作用下水泥土桩复合地基桩土应力比问题,提出改进的单元体位移模型。通过假设路堤填土的竖向位移模式和土工格栅的变形方程,分别推导路堤填土的竖向应力以及土工格栅作用于桩顶的拉应力;根据桩顶处竖向受力平衡,求得桩顶应力;通过假定地基土满足Winkler地基模型,求得桩间土应力,从而得到桩、土应力比的计算公式。通过与实测工程结果比较,证实了该公式的合理性,这对路堤下复合地基设计具有一定的参考价值。     

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.     

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。     

重复列车荷载作用下多年冻土路基长期变形分析

在青藏铁路北麓河段选取素填土路基断面开展列车通过实时振动测试,得到车载作用下路基路肩处的加速度时程曲线,并将该动力荷载转化为作用在路基表面的等效均布荷载.基于冻土三轴流变实验结果,对典型的青藏铁路多年冻土路基进行了重复列车荷载作用下的蠕变分析,得到了机车荷载作用下冻土路基所产生的长期变形量,量化了该部分变形在路基总变形中所占比例.研究结果表明,机车荷载作用下路基两侧坡脚产生较大的剪应变,并且逐渐向上扩展,垂直方向变形占总变形量的10%左右.     

考虑土工格栅蠕变的加筋路堤变形分析

为了明确土工加筋材料蠕变对结构物变形的影响规律,基于有限差分数值分析方法,对不同工况条件下由土工格栅蠕变所造成的路堤加筋结构的变形进行分析。从加筋材料蠕变对路基顶面沉降、路基侧向位移以及土工格栅应变的影响等3个方面进行对比分析。结果表明:在不同工况条件下,土工格栅蠕变对加筋路堤结构物变形的影响显著;路基顶面沉降量、路基侧向位移和加筋材料蠕变应变与路基高度呈正比例关系,与边坡坡率、筋材弹性模量呈反比例关系。     

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.     

高填石路堤沉降变权重组合预测方法研究

高填石路堤的沉降变形过程一般为从填石体施工期的瞬时变形到进一步的蠕变变形,利用沉降资料进行路堤沉降预测的常用模型可较好地反映其沉降变化规律及发展趋势,但尚存在一定的局限性为了尽可能多地利用全部有用信息,利用"组合预测"思想,提出一种对多种常用预测模型进行变权重组合预测的方法,从而可根据有限的沉降实测数据达到预测路基沉降发展的目的,且工程实例分析表明,双曲线、指数曲线及时间平方根曲线的变权重组合能较好地预测高填石路堤的发展规律,具有明显的优越性.图5,表3,参8.     

基于双等沉面的柔性桩承式路堤荷载-沉降分析

为了建立能充分考虑桩承式路堤各组成部分之间协调变形特性的理论方法,基于柔性桩-桩承式路堤的变形机理,提出了路堤-桩-土协调变形的双等沉面荷载传递模型.首先,该模型基于路堤中的等沉面以及桩承式路堤的变形特点,在桩底以下一定深度处,引入一个与路堤中相似的等沉面.其次,考虑到现有土柱模型的不足,引入能考虑内外土柱间相对位移对摩擦因数的影响的土柱模型.介于上、下等沉面之间的路堤、桩、土,通过彼此的协调变形影响等沉面处的应力,从而影响路堤的总体沉降和桩土应力比.最后,将本文计算结果和复合模量法计算结果与实测结果进行对比,结果表明:与实测值相比,复合模量法计算沉降值的相对误差为19.4％,本文计算沉降值的相对误差为9.6％,本文计算的桩土应力比相对误差为9.91％,证明了本文理论方法是合理的.     

软土路堤中土工格栅在填筑与地震作用下的受力特性

土工格栅在软土路基中已有广泛应用,与塑料排水板的配合使用可以加速软土路基的固结沉降。首先对软土路堤进行了静力加载填筑计算分析,分析加筋垫层土工格栅的受力特性和位移变形特性;其次对建成的软土路堤选择与场地类型相适应的地震波进行了地震动力响应分析,获得了土工格栅的受力特性及变形特性。结果表明,不等高反压平台的修建导致了后续土工格栅受力不均;但轴力值在容许值之内,地震响应下路堤主要以水平运动为主,土工格栅的运动及受力趋势可以为路堤整体性提供评价依据。     

多年冻土路堤水平排水板的作用机理与试验研究

为了解决青藏高原的冻土浅层雨季雨水下渗和蒸发所产生的冻土冻胀与融沉问题,在青藏高原开展水平排水板结构性路基和普通通风路基的原位模型对比试验,并从理论上探讨水平排水板在多年冻土路基中浅层重力排水和结构加劲的作用机理,确定水平排水板的铺设参数;运用光纤监测技术对水平排水板在多年冻土路基中的变形进行监测,对比分析水平排水板铺设与否这2种条件下冻土路基变形监测结果.研究结果表明:铺设水平排水板缩短了冻胀变形的冻结期,延长了相对稳定的稳定冻结阶段,减小了冻胀变形范围和冻胀变形;在铺设水平排水板的路基段,最大融沉变形为3.7 mm,累计最大冻胀变形为5.7 mm,而在未铺设水平排水板的试验路基段,最大融沉变形为3.1 mm,累计最大冻胀变形为9.2 mm.水平排水板在冻土路基工程中,可以有效控制雨水量在路堤下的下渗,减小雨水下渗量所带来的多年冻土路基的冻胀变形.     

土工格栅加筋软土路堤的数值分析

土工格栅作为一种新型的土工合成材料,由于具有高强度、低延伸率等特点而被选作主要的路堤加筋材料.采用通用非线性有限元ABAQUS程序分析了加筋前后路堤的竖向位移和侧向位移.分析结果表明,土工格栅加筋能有效地降低路堤的竖向位移和水平位移,研究成果对软土地基的加筋处理有借鉴意义.     

变质岩路堤湿化变形试验研究

为研究变质软岩填料路堤湿化变形规律,通过室内大比例尺路堤湿化变形模型试验,分析了秦岭山区糜棱岩化条带状粉砂质千枚岩湿化与时间的变形规律及湿化前后的变形量,并预测现场9．6m高的变质软岩填料路堤最大湿化沉降量;基于湿化变形的基本原理,编写了采用单线法进行路堤湿化变形有限元分析程序,并对变质软岩填料路堤进行湿化变形有限元分析,进一步与室内模型试验作对比分析。研究结果表明：预估现场高为9．6m变质软岩填料路堤最大湿化沉降量为6．3cm,符合公路路基设计规范关于路基工后沉降量小于10cm的要求。有限元计算结果与试验实测值较吻合,对秦岭山区软岩路基的设计、施工与质量控制起到一定借鉴作用。     

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。