刚性桩加固高速公路软基土拱效应现场试验研究及其与解析解的比较

用刚性桩处理高速公路软基能减小路堤沉降,提高路堤稳定性,缩短工期。土拱对路堤的承载变形性状有重要影响,到目前为止,对路堤中土拱效应的研究还不深入。本文结合某高速公路刚性桩处理软基试验段,实测了路堤填筑过程中及填筑结束后一段时间内桩帽、桩间土土压力及相应的沉降,分析了桩土沉降差、路堤高度、桩间距、桩帽大小等因素对土拱效应的影响,并与现有的几种土拱效应计算方法进行了比较。结果表明:①土拱效应的发挥程度与桩土沉降差密切相关;②当路堤较高,桩间距较小,桩帽较大时,桩体荷载分担比较大;③根据Hewlett&Randolph及陈云敏改进的土拱效应计算方法所得到的桩体荷载分担比与实测结果比较接近。     

附加应力法计算刚性桩复合地基路基沉降

部分刚性桩复合地基路基实际沉降超过计算沉降的重要原因之一是现有沉降计算方法存在严重缺陷。在分析桩土沉降关系和桩土作用的基础上,提出了路堤下刚性桩复合地基沉降计算新方法——附加应力法。首先根据桩土作用计算桩土附加应力,然后采用分层总和法计算复合地基沉降。经工程实例验证后,利用附加应力法研究了桩长、桩间距、扩底、桩帽等因素对路基沉降的影响,并与现行方法计算的沉降进行对比。分析表明:附加应力法可以考虑单桩竖向承载力、桩帽转移荷载能力、桩土相互作用等因素的影响,计算沉降与实测沉降接近;利用桩帽将路堤大部分荷载转移到桩顶可以有效减小路基沉降;扩底比桩长加大更经济合理;按"强桩、大间距、大桩帽"原则设计的复合地基比密桩复合地基更经济合理。     

路堤荷载下双向增强复合地基荷载分担比及沉降计算

针对路堤荷载下双向增强复合地基受力变形特性,以单桩有效影响范围内的路堤与复合地基为分析对象,引入大挠度环形薄板考虑加筋垫层的“柔性筏板效应”与“拉膜效应”,同时通过假定桩土相对位移模式,考虑地基成层性,从而建立了路堤、水平加筋体、桩体、桩间土协调变形三维模型,获得了路堤荷载作用下双向增强复合地基的荷载分担比及沉降计算方法。采用某工程试验数据对该计算方法进行验证,同时分析了路堤高度、桩帽宽度、筋材抗拉模量对中性点位置、桩土差异沉降以及复合薄板中面最大拉应力的影响,结果表明该方法所求得的荷载分担比及沉降与实测值较为接近,证明了其合理性。     

桩承式路堤中土拱效应的改进Hewlett算法

桩承式路堤的承载机制即路堤在路堤荷载以及外部荷载的共同作用下，路堤内部力的传递与分布情况，而土拱效应是路堤承载特性与各组成部分相互作用的综合反映，因此分析桩承式路堤的承载机制，最重要的就是研究其土拱效应。在对Hewlett的平面和空间土拱效应计算方法作必要阐述基础上，对Hewlett空间土拱效应下塑性点出现在桩顶时的边界条件作了改进，得到改进后的桩土荷载分担比计算式。并用改进后的计算方法、Hewlett的方法分析桩土荷载分担比随桩帽宽与桩心距之比、桩心距与路堤高度之比、路堤填料内摩擦角的变化规律，并进行比较分析。最后通过与实测数据和数值分析结果的对比，验证该改进算法的可靠性与可行性，可供工程设计时参考。     

路堤下刚性桩复合地基的设计计算方法研究

路堤下刚性桩复合地基中填土在桩与桩间土之间发生了不等的沉降变形，导致路堤土产生拱效应；桩身受力分布随中性点的变化而改变，使得复合地基分层沉降和总沉降变形发生改变。根据土力学基本原理，结合已有刚性桩复合地基的桩、土压力、桩身荷载传递的研究成果，提出了刚性桩复合地基的设计计算方法，通过对工程实例的验证，计算结果比较合理,与工程实例实测结果吻合较好，可以满足工程设计需要。     

筒桩桩承式加筋路堤现场试验研究

为了进一步明确筒桩桩承式加筋路堤的工作机制,在广州绕城高速公路九江—小塘段进行现场试验。试验结果证明,筒桩单桩竖向承载力大,均以刺入方式破坏,并且筒桩单桩复合地基承载力大,沉降小。筒桩桩承式加筋路堤荷载传递机制主要受"土拱效应"和"拉膜效应"控制,桩土应力比随路堤荷载以及桩顶与桩间土之间沉降差的变化而变化。路堤荷载下筒桩复合地基,总沉降小,桩帽上和桩间土上的土体存在沉降差,沉降差的发展可以反映土拱效应的发挥程度。另外,路堤荷载在地基土中产生的超孔隙水压力很小,且随深度迅速减小,地下6.0m处超孔压已接近0。路堤侧向变形小且随深度迅速减小,最大侧向变形发生在地下3.0～4.5m处。     

路堤下钉形搅拌桩复合地基沉降计算方法——广义桩体法

针对钉形搅拌桩这种变截面搅拌桩,通过一定的假设,将其简化为上、下直径相等而模量不等的常规等截面桩,提出了钉形搅拌桩复合地基沉降计算方法--广义桩体法。根据位移、应力连续条件,将路堤填土、加固区和下卧层作为统一的整体,提出了考虑桩顶上刺、桩土相互作用和桩端下刺的加固区计算模型,并建立了模型的有限差分解法。基于三维数值模拟结果,提出考虑路堤下钉形搅拌桩复合地基下卧层应力集中的附加应力计算方法,从而建立路堤荷载下钉形搅拌桩复合地基的沉降计算方法。计算实例表明:复合模量法计算结果偏小,而应力修正法偏大,本文方法最接近实测结果,说明其具有一定的适用性。     

软土复合地基桩及地基土侧向变形试验与分析

通过温福高速铁路软土路堤试验段工程,对"桩(预应力管桩、CFG桩)-桩帽-土工网垫"复合结构形式加固软土地基进行分析,采用测斜仪对桩体及地基土的深层侧向变形进行现场实测,对桩及地基土的位移实际情况做出评判,了解路堤荷载下整个路堤"桩-网复合结构"位移变形场的分布,评价不同连接形式条件下桩及地基土的深层变形特点,进而评价路堤的稳定状态。     

中低压缩性土地区桩承式加筋路堤现场试验研究

将桩承式加筋路堤技术应用于中低压缩性土地区高速铁路桥台和涵洞之间填方路基的处理,通过逐渐改变CFG桩桩长形成刚度均匀变化的地基加固区,严格控制线路纵向差异沉降。通过现场试验对桥台、涵顶和路基中心地基沉降进行了长期观测,同时对桩承式加筋路堤桩间土沉降、孔隙水压力、格栅上下表面土压力和格栅变形进行了长期监测分析。研究结果表明:桩承式加筋路堤可有效减小中低压缩性土地基沉降,总沉降小且很快趋于稳定;桩承式加筋路堤通过土拱效应和张拉膜效应将路堤荷载向桩帽传递,格栅下桩土应力比明显高于格栅上,张拉膜效应明显,格栅上桩土应力比接近1.0,土拱效应较弱;格栅在路肩处发挥的作用强于线路中心处。     

桩承式路堤土拱数值模拟中路堤土本构模型的选择

数值模拟方法已成为研究桩承式路堤中土拱最重要的手段,其关键在于路堤填土要采用合理的本构模型。建立桩承式路堤平面土拱分析的弹塑性有限元模型,考虑摩尔-库伦模型（MC）、硬化土模型（HS）和小应变硬化土模型（HSS）3种不同的路堤土本构模型,用有限元方法模拟不同路堤土本构模型下桩承式路堤中的土拱形态和土拱效应。计算结果表明：3种不同路堤土本构模型下平面土拱的形态都是半个椭圆。路堤土采用HS和HSS模型,获得的土拱形态、效应和桩帽-土差异沉降相同。较之HS和HSS模型,路堤土采用MC模型时计算得到的桩帽-土差异沉降较小,桩帽荷载分担比略大。当路堤高度较小时,采用MC模型获得的土拱远小于HS和HSS模型下的计算结果。土拱效应的数值模拟中路堤土可采用简单的MC模型,但土拱形态的数值模拟中路堤土宜采用HS模型。     

河池机场填石高填方土基工后沉降离心模型试验研究

结合工程实例，采用不等应力模型设计方案，以梯形分布相似法配制填料，开展河池机场高填方土基工后沉降的离心模型试验研究。试验结果表明：无论是变化规律还是单位土基填高的沉降量，与现场监测结果具有良好的一致性；不同填料土基道肩沉降均大于场道中心，土基顶面呈“马鞍形”分布；试验结束后土基顶面、坡面未出现裂缝，表明河池机场填石高填方土基面临的主要工程问题不是失稳破坏，而是过大的沉降变形控制。最后，选择指数回归参数模型对工后沉降进行预测，预测结果表明，无论是工后沉降、残余沉降、沉降坡差还是沉降速率，煤矸石土基因针片状颗粒含量高、基材强度较低将导致更大的沉降变形和更长的工期。     

A comparative study for the performance of encased granular columns

This paper describes a three-dimensional (3D) numerical analysis of a test embankment on geotextile-encased columns (GECs), in comparison with two-dimensional (2D) axisymmetric and plane strain analyses. The 3D numerical analysis was performed considering a rectangular strip under the embankment centerline. The 2D analysis was also carried out using axisymmetric unit cell and plane strain approaches. Numerical results indicated that the adopted 3D strip model represented well the measured deformations and pore pressure evolution during embankment construction and post-contraction periods. Unlike the unit cell model, both plane strain and 3D analyses could properly determine the settlement profile along the embankment base as well as the profile of the horizontal soil deformation beneath the embankment toes. The plane strain analysis, however, was not able to compute the geotextile ring force which might be simply calculated using the axisymmetric unit cell approach. The paper also showed that, due to horizontal boundary fixities applied to the embankment borders, the unit cell model clearly underestimated the tension developed in the basal geogrid.     

桩承式路堤土拱效应颗粒流分析

土拱效应是桩承式路堤中荷载传递机制中的关键因素。参照前人室内模型试验,采用颗粒流软件PFC2D建立离散元(DEM)数值模型,对桩承式路堤中的接触力分布、主应力偏转、竖向位移和侧向位移等进行深入分析。模拟中,路堤填料和桩间土采用Disk单元模拟,桩和模型箱采用Wall单元模拟,路堤DEM模型采用分层压实法生成;路堤填料细观参数通过建立数值双轴试验进行标定,桩间土细观参数通过建立数值压缩试验进行标定。模拟结果表明:桩承式路堤中土拱由多个不同圆心的半球形拱共同组成,拱的高度约为5(s-a)/6;在该高度内路堤中的主应力发生明显偏转,竖向位移量和侧向位移量较大。     

软土层未打穿的桩承式路堤现场实测研究

 以申苏浙皖高速公路为工程背景,对软土层未打穿的桩承式路堤进行现场实测研究。共选取2个管桩断面作为试验观测断面,在填筑时及填筑完成后对桩托板和桩间土上的土压力、路基沉降及下卧层沉降进行监测,并与软土层打穿时的实测结果作比较。研究表明：桩间距越大,桩体荷载分担比越小;软土层未打穿时荷载分担比为61.4%～75.5%,比打穿时小一些;软土层打穿与未打穿时的土拱高度都为桩托板净间距的1.0～1.4倍;软土层未打穿时桩土不均匀沉降比打穿时大;路堤填筑完成后的沉降约占总沉降的30.0%;下卧层沉降约占路堤总沉降的60.0%。将现场试验结果与4种理论方法的计算结果进行比较,评价各种方法的适用性。     

基于FLAC3D软件的路堤临界高度数值模拟

基于强度折减法理论,运用FLAC3D软件,通过自编强度折减法计算了不同填土高度路堤的稳定安全系数,找出了安全系数为1.1时对应的填土高度,即为稳定控制的临界高度,并与传统公式计算的结果对比分析,对数值模拟确定临界高度的结果进行评价。运用FLAC3D软件进行路堤分级加载过程的数值模拟,通过分析不同填土高度时路堤中心的沉降变化、路堤坡脚的沉降及水平位移变化曲线,得到以变形控制的路堤临界高度,并与稳定控制的临界高度进行对比,说明数值模拟方法的合理性。     

Performance monitoring and numerical assessment of a test embankment with preloading and vertical drains on Texcoco lacustrine soft clays

This paper presents the performance monitoring results and long-term numerical analyses of a 2.8-m-high test embankment with vertical drains on soft highly compressible clays during a four years and two months observation period (1525 days). The peculiar study site is characterized by thick layers of lacustrine soft clay with water contents up to 300%, void ratios between 7 and 9 and ratios C_α/C_c range from 0.06 to 0.03. The loading applied by the test embankment was 43.4 kPa. The vertical drains installed were of two types: sand and prefabricated. The settlements that only take into account the effect of the preloading embankment at the end of the observation period were 2.62 m and 2.71 m, in the zones with sand and prefabricated vertical drains, respectively. The settlement measured by regional subsidence was 0.47 m. The ultimate primary settlement was approximately 2.0 m and was estimated by two observational methods based on field settlement records. The settlement developed by secondary consolidation in the embankment ranged from 0.62 m to 0.71 m at the end of the observation period. The test embankment behavior was simulated by 2D and 3D numerical analyses. The 2D analyses used a theory to convert the axisymmetric drainage into plane drainage. The long-term numerical results and the field measurements were compared and discussed.     

CFG桩与粉喷桩加固软基的沉降对比分析

通过有限差分软件FLAC3D建立高速公路软基段数值模型,分别改变CFG桩和粉喷桩的桩间距以及褥垫层厚度,探讨二者在控制路基沉降以及沉降速率方面的不同,结果表明CFG桩对于土体沉降的控制优于粉喷桩。CFG桩加固路基情况下土体沉降能够迅速趋于稳定,优于粉喷桩,在相同褥垫层厚度下,随着桩间距增大,地表最大沉降量也逐渐增大;随着褥垫层厚度增大,地表最大沉降量也逐渐增大,但当垫层厚度超过一定水平,土表面的沉降变化越来越小。     

循环荷载作用下土拱效应的离散元研究

基于室内Trapdoor模型试验,采用PFC2D研究了循环荷载作用下不同路堤高度的土拱效应,从力链和位移的角度对路堤内土拱结构、填料移动的变化规律进行了宏观和微观分析。结果表明:抗扭转模型可以较好地模拟以铝棒相似土作为填料的Trapdoor试验; 在循环荷载作用下路堤内形成的土拱结构发生破坏,土拱效应得到削弱,土拱结构的破坏主要发生在初始加载阶段,并且在这个阶段高路堤底部土拱结构比低路堤受到外部荷载的影响要小; 随着加载的进行,路堤内部形成了新的稳定受力结构并基本保持不变; 在循环加载过程中低路堤加载板两侧的力链结构受到的影响和扰动比高路堤的大; 在循环荷载作用下,路堤表面发生了沉降,其中塑性位移主要发生在初始加载阶段,之后产生的几乎是弹性位移; 高路堤加载板两侧土体相较于低路堤在第一次加载时更不容易产生横向位移被挤向两端,加载板的竖向位移减少,从而减少加载板对底部土体的影响,使得路堤底部的土拱结构更不容易被影响。     

高填方路堤粘弹性参数反演与工后沉降预测分析

路面的工后沉降问题是高填方路堤工程的主要问题之一。用广义Kelvin模型来表征填筑体的本构关系，在现场沉降监测资料的基础上，运用三维有限元正交数值试验、回归分析和优化相结合的方法，反演了计算模型的材料参数，并在此基础上对高填方路堤的丁后沉降作出预测，得到了较高的计算精度，并和实际监测结果比较．致。本文的方法可为今后高填方路堤的工后沉降计算提供参考。     

多年冻土区公路路基阴阳坡温度及变形差异分析

 基于青康公路阴阳坡效应显著路段——K369路段路基的地温、变形监测资料,研究路堤内阴阳坡温度场差异及其对冻土路堤变形以及路堤稳定性的影响,分析路基地温、变形特征及其相互关系。研究结果表明：(1) 冻土路基在横断面上的差异沉降变形和其下地温场分布的不对称状况密切相关,地温场状况及其变化控制和决定着冻土路基变形场的状况;(2) 坡向不同而引起的太阳辐射差异是造成阴阳坡热交换不对称的根本原因,也是造成路基横向差异沉降的根本原因;(3) 路基变形的发展较地温的发展有一个相对滞后的响应,这决定了路基最大沉降并不是发生在最大融化深度的时间。对有差异沉降的路基来说,阴阳坡两侧路基发生最大沉降的时间也不一致,阳坡一侧达到最大沉降的时间要滞后于阴坡。这种差异变形会随着时间加剧,最终导致路基纵向裂缝的发育进而严重影响路基的稳定性。