刚性桩复合地基在不同荷载下的桩土分担特性

利用解析解答对刚性桩复合地基在竖向荷载下的工作特性进行了较深入的分析，着重讨论了桩土应力比及荷载分担比等随复合地基荷载、垫层厚度、垫层模量、桩长、桩间距、桩间土模量和桩端土抗力系数等因素变化的规律．计算结果表明，竖向荷载作用下，桩土应力比随复合地基荷载、垫层模量、桩长和桩间距的增加而增大，随垫层厚度和土体模量的增加而减小，同时也表明复合地基的设计参数有合理的取值范围．     

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.     

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.     

长短桩复合地基荷载分担比的试验研究

为了研究长短桩复合地基竖向荷载分担比的变化规律,在室内模型试验的基础上,对不同桩间距、垫层厚度、长桩长度、短桩长度、长桩模量和短桩模量等情况下长短桩复合地基荷载分担比的变化性状进行了分析。结果表明,随桩间距的减小,长桩和短桩的荷载分担比均增大,桩间土的荷载分担比减小,通过减小桩间距来提高长桩荷载分担比是不经济的;随垫层厚度的增加,长桩的荷载分担比减小,桩间土的荷载分担比增大,短桩的荷载分担比变化较小,垫层的设置能明显改善桩、土荷载分担的分配;随长桩长度的增加,长桩的荷载分担比增大,桩间土的荷载分担比减小,短桩的荷载分担比变化较小,增加长桩长度能一定程度提高长桩荷载分担比;短桩长度对荷载分担比的影响较小;随长桩模量的增大,长桩的荷载分担比增大,桩间土的荷载分担比减小,短桩的荷载分担比变化较小,增加长桩模量能显著提高长桩荷载分担比;随短桩模量的增大,长桩的荷载分担比减小,短桩和桩间土荷载分担比均增大,增加短桩模量对荷载分担比分配有一定影响。     

土工格栅加筋高路堤边坡稳定性的弹塑性有限元分析

在研究路堤填土施工过程和土体的非线性应力应变关系的基础上, 建立了土工格栅加筋高路堤边坡的有限元分析模型, 并利用该模型对土工格栅加筋高路堤边坡的受力情况、位移和破坏机理进行研究, 分析土工格栅的长度、刚度以及铺设间距等参数对路堤变形的影响. 实验结果表明, 选择模量高, 延伸率适宜的土工格栅对减少路堤侧向位移和提高高路堤的稳定性具有明显效果;随着路堤填土高度的增加, 每层土工格栅所受拉力的最大峰值逐渐移向路堤内部;土工格栅所受的拉力从下往上逐渐减小, 最大拉力出现在堤底第2层上;当路堤边坡较陡时(坡率为1:m, m≤1.0), 土工格栅的加筋长度宜取5.5～8 m;土工格栅的铺设间距宜为60 cm.     

刚性基础下柔性桩加筋复合地基室内模型试验研究

为了研究刚性基础下柔性桩加筋复合地基在静力荷载下的受力性能,本文采用自行研制的室内模型试验设备,考虑是否加筋、不同桩径、格栅上预应力等影响因素,对刚性基础下柔性桩加筋复合地基开展室内模型试验研究。试验结果表明:垫层中格栅下土压力大于格栅上土压力,随着荷载增大而增大,桩径较大的复合地基中垫层格栅下土压力与上土压力之比较大;土工格栅上预应力增大,土工格栅下土压力与格栅上土压力之比减小;与未加筋的柔性桩复合地基相比,柔性桩加筋复合地基垫层中格栅下土压力与格栅上土压力之比较小,应力扩散效果更好。     

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。     

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.     

过渡段地基加固作用对桥台桩工作性状的影响分析

为研究过渡段地基加固作用(桩间距为3d,4d,5d和6d,d为CFG桩径)对邻近桥台桩工作性状的影响,进行离心模型试验及三维数值模拟。研究结果表明:过渡段地基加固作用对桥台桩受力变形影响表现为在竖向上利用CFG桩荷载深层传递作用改变软土地基沉降变形特性,在水平方向上CFG桩对软土的侧向流动起显著阻拦作用;随着CFG桩间距增大,受负摩阻力作用的桥台桩中性点位置下移,最大轴力增大,桩端阻力随之增大;桩身弯矩最大值随CFG桩间距增加而增大,其位置(最危险截面)从桩长1/2处逐渐转移至桩顶;桩身剪力分布大致呈"反S"型,2处拐点分别位于土层界面及CFG桩端平面,且随着CFG桩间距增加,土层界面处桩身剪力增大而CFG桩端平面处剪力减小;桥台桩水平位移随桩间距增加以一固定点呈旋转式增大,桩身挠曲也越明显,而桥台转角及水平位移随桩间距近似线性增加;与天然地基相比,CFG桩在一定程度上限制了路基荷载下土体蠕变特性的发挥。     

抗滑桩-加筋土挡墙组合支挡结构开发

针对山区陡坡地形上加筋土挡墙抗滑稳定性的不足,提出抗滑桩+刚/柔组合墙面加筋土挡墙组合支挡结构,阐述该组合支挡结构的研发思路、结构形式和技术特征。采用有限差分程序FLAC3D建立该组合支挡结构的数值模型,对比分析抗滑桩和抗滑桩+承台2种结构的加筋土挡墙墙面水平位移、抗滑桩位移和桩身弯矩、土工格栅拉力及路基稳定性,重点探讨抗滑桩桩长、覆盖层模量和上覆荷载的影响。研究结果表明:在抗滑桩顶部设置承台可以有效减小墙面和桩身水平位移,提高路基稳定性;将抗滑桩和承台的连接方式由刚接改成铰接会使桩身弯矩显著减小,而对墙面和桩身位移及路基稳定性影响不大;未设置承台时墙面和桩身水平位移更容易受到抗滑桩桩长、覆盖层模量和上覆荷载变化的不利影响。     

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.     

土工格栅老化对双向复合地基性状影响的室内模型试验

为研究土工格栅老化时长对双向复合地基性状影响的规律,对土工格栅进行光氧、热氧老化,选用不同老化时长的土工格栅作为双向复合地基的横向增强体,建立双向复合地基室内模型,定时监测复合地基及其各组成部分(包括褥垫层、桩体加固区和桩底持力层)的沉降、土工格栅应变和土工格栅上下的土压力;分析经不同时长老化的土工格栅对双向复合地基及其各组成部分沉降、土工格栅应变和土工格栅上下桩土应力比的影响规律。试验发现:双向复合地基及其各组成部分沉降值和土工格栅应变量均随土工格栅老化时长增大而增大;土工格栅下侧桩土应力比和复合地基承载能力均随土工格栅老化时长增大而减小;土工格栅上侧桩土应力比与土工格栅老化时长无关。     

垫层厚度对长短桩复合地基性状影响的试验研究

为了研究垫层厚度对长短桩复合地基工作性状的影响,在室内模型试验的基础上,对无垫层2、cm垫层和5 cm垫层三种情况下长短桩复合地基的荷载与沉降的关系、桩土应力比、荷载分担比等问题进行了分析,结果表明,长短桩复合地基的沉降量随着垫层厚度的增加而增加;长桩桩土应力比随垫层厚度的增加而减小,短桩桩土应力比的变化不如长桩明显;无垫层时,长桩荷载分担比较大,桩间土和短桩荷载分担比很小,铺设垫层后,随垫层厚度的增加,长、短桩荷载分担比都逐渐减小,桩间土荷载分担比逐渐增大。     

基于模型试验和数值模拟的土工格室加固高填路堤稳定性：以新疆G216线民丰段为例

为研究土工格室加固高填路堤的稳定性,通过开展室内模型试验,分析了在持续荷载作用下素土边坡和土工格室加固高填路堤边坡的沉降量和最大水平位移;基于室内模型试验,建立有限元模型,分析了不同加固条件下的坡顶沉降量、最大水平位移及土工格室应变,研究了土工格室高度、铺设间距以及不同铺设部位对高填路堤稳定性的影响。结果表明:铺设土工格室能降低边坡土体的沉降量和最大水平位移,进而提高边坡的承载力;素土边坡剪应变自坡顶至坡脚形成贯通的滑移带,铺设土工格室后,滑移带的位置由边坡表层深入坡体内部,且滑移带未完全贯通;增加土工格室的高度,边坡的沉降量和最大水平位移先减小后趋于稳定,安全系数先增大后逐渐平缓;边坡的沉降量、最大水平位移随土工格室铺设间距的增大而增大;减小土工格室铺设间距0.6~0.7倍,最大水平位移降低1.5~2倍,坡顶沉降量减小1.5~1.8倍,安全系数增大1.1~1.3倍。高填土路堤的侧向位移主要发生在边坡底部H/3处,在边坡底部H/3处减小土工格室的铺设间距、增加土工格室的高度能更好约束侧向位移和沉降量,是提高路堤稳定性更为经济合理的加筋方案。     

竖向荷载作用下大直径钢管桩承载力特性分析

近年来,新型大直径钢管桩基的承载力特性备受关注,为此,以湛江某新建油码头工程大直径钢管桩测试桩Z2桩为研究对象,采用有限元三维数值静载试验方法,对竖向荷载作用下大直径钢管桩的桩径、桩长、桩侧土摩擦系数及桩端土压缩模量对其承载力特性的影响规律进行研究。结果表明:钢管桩桩径增大,则其极限承载力和桩侧摩阻力随之提高,桩端沉降与桩顶沉降之比逐渐减小,同时桩端阻力随着桩径的增加而减小;钢管桩桩长增加,钢管桩的极限承载力和桩侧摩阻力都显著提高,桩端阻力与桩顶荷载之比逐渐减小;桩侧土摩擦系数增大,则桩的极限承载力增大而桩端沉降量显著减小,尤其在摩擦系数从0.3增加到0.4时,沉降量减小幅度较大;桩端土压缩模量增加,则钢管桩竖向极限承载力和桩端阻力增大,而桩端沉降量减小。研究结果可对类似工程大直径钢管桩的设计和施工提供参考。     

考虑格栅蠕变性的筋土复合体应力计算方法

将土工格栅加筋土作为宏观均匀的各向异性材料,假定加筋土宏观应力由土和筋材两种微观应力所组成,格栅与土之间不发生相对滑动,土为理想弹塑性材料并满足Mohr—Coulomb破坏准则,格栅为粘弹性材料;通过引入格栅蠕变模型。建立了筋-土复合体应力计算方法,进而探讨了格栅蠕变参数、土的变形与强度参数对筋-土复合体应力状态的影响．结果表明：筋-土相互作用效应将加速埋置于土中的格栅应力松弛过程;当格栅变形模量较低时,对复合材料中土到达塑性状态所需要的时间影响较大,且土体塑性到达时间对土的内摩擦角具有较强的依赖性,土和格栅的微观应力随土的内摩擦角增大而减小,而格栅的微观应力随加筋层间距的增大而增大．     

基于均衡沉降的CFG桩处治公路软基控制标准

 采用有限元软件建立CFG 桩处治公路软土路基模型,分析桩间距、桩长和桩身模量与公路软基顶面最大沉降量的关系,提出公路软基均衡沉降控制标准。结果表明,路基顶面最大沉降量随着CFG 桩桩间距的增加而逐渐增大,随着桩长和桩身模量的增加而逐渐减小;对公路软基顶面最大沉降量影响最大的是CFG 桩的桩间距,将桩间距作为CFG 桩处治公路软基沉降控制标准;提出了不同CFG 桩桩间距组合的公路软基均衡沉降控制标准。     

挡墙转动对既有刚性桩复合地基荷载分配影响研究

目的探究挡墙转动对邻近刚性桩复合地基荷载分配机制的影响.方法采用室内模型试验分析对比挡墙静止和转动模式下4桩复合地基的荷载分配机制.结果挡墙转动使墙后土体发生移动,进而使土体先发生沉降,上部荷载由此向桩顶转移.桩顶应力不断增大,桩间土应力不断减小,使得桩土应力比持续增大;桩顶应力和桩端应力在转动角度10~(-3)rad以内变化较大,后期趋于稳定,总体趋势呈现二次抛物线形状;转动导致土体位移量由近而远减小,后桩应力增长率明显大于前桩,且后桩应力增长速率约为前桩应力增长速率的3倍.结论桩顶应力、桩端荷载承担比和桩土应力比随转动量的增加而逐渐增加,且后桩桩顶应力增加快于前桩;桩间土应力随转动量增加而减少,且靠近转动挡墙处桩间土应力下降最快.     

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.     

地震荷载和列车荷载共同作用下弹性均质路基的动力响应

为了研究地震发生时列车移动荷载引起的弹性均质路基的振动响应规律,采用ABAQUS软件并与FORTRAN相结合建立轨道结构-路基-地基三维数值计算模型,通过编制DLOAD子程序模拟列车移动荷载,在模型底部输入地震加速度模拟地震荷载,采用三维黏弹性人工边界模拟波从有限域向无限域传播,忽略轮轨接触及轨道不平顺的影响,通过对比分析的方法,总结地震荷载和列车移动荷载共同作用下路基在不同列车速度及轴重条件下的应力、位移和加速度的振动特征。研究结果表明:地震荷载对路基的位移振幅起主导作用,列车移动荷载对路基的应力和加速度起主导作用;路基各结构层的位移随列车轴重的增加而减小,随车速增加表现为先减小后增大;路基各结构层加速度随着列车轴重的增加而增加,随车速增加表现为先减小后增大又减小的趋势;推测车速70 m/s为列车影响的临界速度。