劲芯水泥土桩复合地基承载路堤失稳破坏模型试验

劲芯水泥土桩可有效提高软土地基承载力,减小地基沉降和提高边坡稳定性。目前对于劲芯水泥土桩的研究主要集中在其承受竖向荷载条件下的工程特性上,对于路堤荷载下桩体失稳破坏模式与计算方法的认识尚不全面。开展1g重力场模型试验,对比研究了路堤荷载下天然地基、水泥土桩复合地基、劲芯水泥土桩复合地基路基变形、桩土应力、桩体应变、桩体破坏形态及路堤失稳模式,并评价了现有刚性桩复合地基稳定性计算方法对于劲芯水泥土桩复合地基承载路堤稳定性分析的适用性。结果表明：相较于水泥土桩,劲芯水泥土桩能有效约束地基土变形,路面沉降约为水泥土桩复合地基的61%～71%,坡外隆起约为12%～46%,进而显著提高路堤的稳定性。在路堤荷载下,劲芯水泥土桩表现出渐进式失稳破坏特征,桩体可发生纯压破坏、压弯破坏和弯曲破坏,且与桩体刚度和相对于路堤位置有关,桩体断裂位置与滑动面位置并未重合。等效抗剪强度法对于劲芯水泥土桩承载路堤稳定性分析具有一定的适用性和应用价值。     

考虑桩体损伤的柔性基础下刚性桩复合地基中桩体受力及破坏特征分析

为了模拟桩体局部损伤或破坏后的应力迁移,采用混凝土损伤模型实体单元,利用ABAQUS软件建立柔性基础下刚性桩复合地基三维分析模型,研究路堤填筑及后期加载过程中刚性桩复合地基中桩体的受力状态及破坏特征。研究结果表明:损伤模型能较好的模拟混凝土桩体受损后桩身刚度降低、内力重分布的过程;而线弹性桩体模型所得桩身弯矩偏大,桩身位移偏小;桩体所能承受的极限弯矩与其在复合地基中的位置有关,且与纯弯状态下的桩体极限弯矩有较大差异;路肩以外桩体破坏模式主要表现为拉弯和压弯破坏;路堤中心下方的桩体以承受竖向压力为主,桩体先破坏的可能性不大,其破坏往往是由于路堤边坡失稳后诱发产生的;复合地基中刚性桩发生受剪破坏的可能性不大。     

柔性基础下刚性桩复合地基的力学性状研究

通过有限元的方法对路堤荷载作用下刚性桩复合地基的力学性状进行了研究,主要考虑了路堤的高度、宽度以及压缩模量,以及桩体的压缩模量与复合地基置换率等因素的影响。利用ABAQUS通用有限元程序建立路堤荷载作用下刚性桩复合地基的力学模型,重点研究了以上几个主要因素对桩土荷载分担的影响和对桩身应力的影响,对比了柔性基础下和刚性基础下复合地基力学性状的差异。     

柔性桩复合地基有效桩长的改进算法

合理利用Cooke剪切变形传递模型,基于桩土的变形协调,对路堤荷载和刚性基础下柔性桩复合地基的有效桩长理论计算公式进行改进.得到的有效桩长理论值与试验值非常吻合,且计算公式简单易记,对以后的路堤荷载下或刚性基础下柔性桩复合地基的设计有一定的参考价值.     

套筒长度对加筋碎石桩复合地基路堤变形和稳定性的影响

采用离心模型试验研究套筒长度对加筋碎石桩复合地基路堤变形和稳定性的影响。研究结果表明:(不加筋)碎石桩复合地基路堤下的桩体主要发生鼓胀变形,导致路堤整体产生显著沉降,但未出现剪切滑移趋势;半长加筋碎石桩复合地基路堤边坡及靠近坡肩下的桩体由于抗弯刚度不足,其在路堤荷载下产生弯曲变形及倾倒,同时位于路堤中心、主要承受竖向荷载的桩体则在加筋套筒底部未加筋部位产生明显的鼓胀变形,从而导致路堤产生很大的沉降,其桩顶和桩间土沉降量是碎石桩复合地基路堤的1.7倍左右;全长加筋碎石桩复合地基路堤边坡下桩体在路堤荷载下向外弯曲,由于其抗弯和抗压刚度较大,路堤沉降较小。在实际应用中,应对桩体采用全长加筋方式,以减小加筋碎石桩复合地基路堤的沉降,提高稳定性。     

沿海围垦区深厚软基路堤同体式刚柔组合桩现场试验研究

刚柔组合桩是一种新型的复合地基技术,是将刚性桩与柔性桩组合形成复合地基共同承担上部荷载的桩型。依托台州港临海(头门)港区疏港公路试验段,针对大直径双向水泥搅拌桩与预应力管桩同体组合的刚柔组合桩,对刚柔组合桩的桩身轴力、桩土荷载分担比、地表沉降、深层水平位移等进行了系统研究;并与排水固结法、水泥搅拌桩和直接堆载法进行了对比分析。通过试验研究得出以下结论:(1)刚柔组合桩中大直径柔性桩的荷载传递机制区别于其单独采用,桩体通长承载性能均得到充分发挥,且其设置方式有效减少了刚性芯桩的负摩阻力;(2)路堤填筑初期荷载主要由桩间土承担,且填筑期内桩间土压力逐渐向刚柔组合桩转移,然而路堤荷载较小时,荷载转移不明显;(3)与其他处理方式相比,刚柔组合桩复合地基的总沉降量和工后沉降量小,且沉降收敛快,沉降主要发生在路堤填筑期,刚性芯桩桩端沉降占总沉降的比例达63.9%。     

桩间土绕桩滑动破坏模式下路堤稳定性分析

针对刚性桩加固软弱地基上路堤稳定性现有计算方法存在的不足,提出了考虑路堤桩间土绕桩滑动破坏模式.基于Tomio土拱效应理论和Bishop圆弧滑动法推导出了该破坏模式下路堤稳定性计算方法,并将该方法与传统复合抗剪强度法对路堤稳定性进行对比.结果表明:传统复合抗剪强度法不能反映桩间土绕桩滑动破坏机理,高估了软弱地基上路堤的稳定性;通过对不同桩体抗剪承载力工况下路堤稳定性分析得到桩体临界抗剪承载力,当桩体抗剪承载力大于临界值时应考虑桩间土绕桩滑动破坏模式对路堤稳定性的影响.     

柔性基础下CFG桩复合地基工作机理探讨

为了清楚对于柔性基础下刚性桩复合地基的力学特性,通过理论分析了对柔性基础下的刚性桩复合地基在上部荷载作用下的荷载传递机理,将它考虑为由基础、垫层、土体、增强体、下卧层组成的系统进行研究,这些元素相互影响,相互耦合。研究了柔性基础的桩土应力比变化规律,研究表明与刚性基础相比柔性基础下桩土应力比要小得多,它随荷载增加先减小后增大呈波浪形变化,其研究成果可为路堤下复合地基设计提供有益参考。     

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.     

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。     

刚性桩复合地基桩土应力比计算方法

为了准确简便地预测路堤在荷载下发生的沉降变形,必须对桩基复合地基的桩土应力比进行合理正确的评价计算.针对高速公路地基处理中采用刚性桩复合地基的情况,假设路堤土中基底相对位移下土柱间滑移面剪应力垂直分布,考虑桩顶上刺入路堤、桩端下刺入下卧层以及桩侧负、正摩阻力非线性分布,分析了路堤-桩-地基土整体在应力与位移协调下的相互作用.通过迭代计算求得路堤内等沉面高度与加固区中性点位置,得到戴帽刚性桩复合地基在路堤荷载下的简单桩土应力比计算公式.通过2个工程实例实测数据对提出的计算方法进行了合理性验证,分析结果表明该方法对于填土路堤高度大于2倍桩净间距的工况计算结果具有较高的精度.     

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.     

路堤荷载下DJM-PVD复合地基固结特性数值分析

以淮盐高速公路现场试验段为原型,采用数值分析方法分析了路堤荷载下DJM-PVD复合地基的固结机理和桩土应力分配特性.数值计算中采用单元体模型来代表复合地基.数值分析结果表明:路堤荷载下,DJM-PVD复合地基上部中桩间土沉降大于桩体沉降,桩端附近桩体沉降大于桩间土沉降,存在桩土差异沉降,桩土差异沉降使得桩间土承担荷载和桩体承担荷载相互转移;复合地基的桩体应力集中、桩体应力比等与均桩土差异沉降的发展密切相关;DJM-PVD复合地基的固结机理主要包括3部分:排水板的排水效应、粉喷桩的应力集中效应以及桩土间荷载转移形成的孔压梯度,三者均能加速地基的固结,减少工后沉降.     

路堤荷载下刚性桩复合地基稳定性计算

通过Boussinesq公式的改进解,考虑土拱效应,计算合理的桩身被动荷载,并根据非线性地基反力法,求得桩身内力分布模式。在此基础上,结合刚性桩复合地基的失稳破坏模式,采用桩身抗弯强度控制路堤的整体稳定性,并将其换算得到的抗剪强度指标应用于极限平衡法中,得到一种以桩身内力计算为基础的路堤荷载下刚性桩复合地基稳定性计算方法。最后,将本文方法与三维数值模拟、传统的极限平衡法以及等效砂桩法等简化计算方法进行对比。研究结果表明:本文方法能有效反映路堤荷载下刚性桩复合地基失稳破坏的机理,得到较合理的路堤整体稳定安全系数。     

夯实水泥土桩复合地基中桩-土-垫层共同作用机理

基于剪切位移法,引入Mylonakis&Gazetas桩-土相互作用及温克尔地基模型,导出复合地基中桩-桩、桩-土及土-土相互作用柔度系数计算式;在此基础上,考虑垫层的影响,提出路堤荷载作用下桩-土-垫层共同作用分析的新方法,并利用Matlab软件编制相应的计算程序。以夯实水泥土桩复合地基为例,进行路堤荷载下夯实水泥土桩复合地基的室内模型试验,探讨垫层模量及厚度对桩与土差异沉降的影响。研究结果表明:在路堤荷载作用下,设置合适的柔性垫层,能有效增加桩体承担荷载的比例,发挥桩的承载能力,减少桩与桩间土之间的差异沉降及复合地基的沉降,改善复合地基的工作性状。     

柔性基础下复合地基理论在某事故处理中的应用

针对某钢厂原料场地基局部地段出现的问题,按刚性、柔性基础分别复核原设计的复合地基承载力,并按柔性基础下复合地基的荷载传递机理,分析事故原因:在此基础上,采用"半刚性垫层"、"长短桩复合地基"和"复合挡墙"3种措施进行二次加固.全过程监测结果表明:二次加固处理措施效果明显,原料场安全达到预定堆高;本工程处理方法对诸如深厚软土地区高填方的公路与铁路路堤、土石坝、原料场、储油罐等柔性基础下复合地基理论研究、工程设计和事故处理等有一定的参考意义.     

考虑鼓胀变形的散体材料桩复合地基沉降计算

针对竖向荷载作用下靠近桩顶一定深度的范围内,桩体不仅会发生竖向压缩变形且会发生侧向鼓胀变形特性,基于荷载传递法,导出了竖向荷载作用下散体材料桩复合地基中的某根单桩的桩身压缩量计算公式,进而得到新的散体材料桩复合地基沉降计算公式.分析时,视散体材料桩为弹性均质体,根据广义胡克定律得到其应力应变关系;桩周土提供的侧向约束力为桩侧竖向力引起的侧向土压力,并考虑加筋垫层的侧向约束作用及其沿深度的传递对桩体侧向约束的有利影响.为验证本文方法的可行性,对某一工程实例进行分析,且与其它方法进行比较分析.结果表明:与常规计算方法相比,本文方法从荷载传递规律出发,可考虑鼓胀深度随桩顶竖向荷载的增加逐渐向深处发展的特点,更符合散体材料桩复合地基的实际受力变形状况.     

柔性桩复合地基中软土侧向挤出的影响因素

为定量探讨柔性基础下柔性桩复合地基中软土侧向挤出的影响因素,在合理假设的基础上,将桩土复合加固区与变形影响深度范围内的天然地基视为一个整体,构造满足位移边界条件的位移分量表达式,提出柔性基础下柔性桩复合地基变形分析的近似方法,导出地基土竖向和侧向变形计算的近似解析算式,并利用Matlab软件编制相应的计算程序,分析软土侧向挤出的影响因素。进行均布荷载作用下夯实水泥土桩复合地基模型实验,并将实测值、理论值、复合模量法所获得的结果进行对比,验证所提出方法的适用性。     

浆固碎石桩复合地基沉降分析

军理工大学 工程兵工程学院, 江苏 南京 210007; 4.舟山市港航管理局, 浙江 舟山 316000) 摘要：为研究浆固碎石桩复合地基沉降特性,首先建立了路堤荷载作用下桩土复合地基计算模型,并对桩土复合地基各部分变形协调特性进行了分析,随后按照圆形承载板作用下半空间体位移的解,对路堤荷载下复合地基各部分沉降进行分析,建立了桩土变形协调方程,推导出荷载作用下桩身轴力、桩端反力和桩侧摩阻力的计算公式。在考虑注浆渗透改善作用和桩体等效半径后,建立了复合地基沉降的计算公式。现场试验表明,实测值与理论计算值相吻合。     

FDM-DEM耦合分析刚性桩复合地基褥垫层特性

针对单独采用连续体法或离散元法分析桩体复合地基褥垫层的不足,以单桩模型试验为背景,采用有限差分法(FDM)模拟桩体和桩间土,采用离散单元法(DEM)模拟褥垫层,对刚性桩复合地基建立耦合计算模型,并对该模型各加载阶段的桩顶刺入量、褥垫层的受力特性和变形特性进行了分析.结果表明:当上部荷载较大时桩顶边缘出现沿竖向的滑裂带,褥垫层的调整均化作用是通过桩顶附近的颗粒从桩顶高应力区向低应力区流动实现的.