基于新型人工软土技术的加筋碎石桩复合地基承载特性模型试验

为研究地基不排水或排水不畅情况下加筋碎石桩复合地基的承载特性,配置了由钠基膨润土和甘油混合而成的新型人工软土地基,进行了4组加筋碎石桩复合地基路堤模型试验,并与排水条件下的试验结果进行对比分析。研究结果表明:加筋碎石桩复合地基沉降随筋材刚度的增大而明显减小,其桩土应力比远大于排水条件下的桩土应力比;筋材刚度较大时,桩体发生向路堤外的整体倾斜变形,而筋材刚度较小时,桩体则发生向路堤内的弯曲变形;部分加筋碎石桩复合地基的沉降明显大于全长加筋情况,且其桩土应力比小于全长加筋时的桩土应力比,但仍大于普通碎石桩的桩土应力比;不同加筋长度碎石桩桩体均在其加筋范围内发生弯曲变形,在未加筋部位发生鼓胀变形;排水条件对加筋碎石桩桩体变形和稳定性有显著影响,排水条件好,桩体弯曲变形小,反之,桩体则产生显著的弯曲变形。通过试验分析得出对于路堤荷载下的加筋碎石桩复合地基,应采用刚度较大的筋材对碎石桩体进行全长加筋,并保证地基的排水,可大幅提高路堤的稳定性。     

基于离心模型试验的桩承加筋路堤筋材设置方法研究

在土工合成材料加筋土工程中加筋材料的合理设置对充分发挥筋材的作用至关重要。通过4组离心模型试验,研究了桩承式加筋路堤垫层中土工格栅两边端部反包设置的使用效果,包括对路堤稳定性、桩土荷载分担等的影响。结果表明：①加筋材料反包设置相当于将筋材锚固于路堤中,可充分发挥筋材的加筋作用,与加筋不反包相比,测得路肩下方格栅承受的拉力较大,而路堤中心处格栅受力相对较小;②加筋反包设置可提高桩土应力比,促使荷载向桩体转移;③加筋反包可降低路堤表面总沉降及不均匀沉降,减小地基土的侧向位移,提高路堤地基整体性和稳定性;④加筋材料的力学性质对加筋受力、桩土荷载分担和路堤变形存在较大影响,延伸率低、拉伸模量高的加筋材料更能发挥加筋膜效应。     

第八届中国土工合成材料会议论文：基于离心模型试验的桩承加筋路堤筋材设置方法研究

在土工合成材料加筋土工程中加筋材料的合理设置对充分发挥筋材的作用至关重要。本文通过4组离心模型试验，研究了桩承式加筋路堤垫层中土工格栅两边端部反包设置的使用效果，包括对路堤稳定性、桩土荷载分担等的影响进行了探讨。结果表明：①加筋材料反包设置相当于将筋材锚固于路堤中，可充分发挥筋材的加筋作用，与加筋不反包相比，测得路肩下方格栅承受的拉力较大，而路堤中心处格栅受力相对较小；②加筋反包设置可提桩土应力比，促使荷载向桩体转移；③加筋反包可降低路堤表面总沉降及不均匀沉降，减小地基土的侧向位移，提高路堤地基整体性和稳定性；④加筋材料的力学性质对加筋受力、桩土荷载分担和路堤变形存在较大影响，延伸率低、拉伸模量高的加筋材料更能发挥加筋膜效应。     

土工格栅加筋高液限土路堤的稳定性研究

运用Plaxis软件,建立土体本构模型,采用控制变量法分析筋土界面作用、加筋间距、加筋位置等对高液限土路堤稳定性的影响。得出结论:土质越好,筋材刚度越大,加筋效果越明显,加筋路堤也越稳定;底部加筋的稳定性明显高于中部和上部加筋;格栅加密不能有效提高加筋路堤的稳定性。通过广东某高速公路现场加筋试验研究,验证了优化的加筋设计能较好降低高液限土路堤的表面沉降和深层水平位移,提高路基的稳定性。更多还原     

列车荷载对路堤式加筋土挡墙结构力学特性影响的数值模拟

利用有限元计算软件PLAXIS, 建立路堤式加筋土挡墙在列车荷载作用下的计算模型, 并且通过与垂直土压力和水平土压力的实测值和理论计算值相对比, 肯定了模型的合理性。进一步改变加筋间距与填土高度, 探讨了加筋土挡墙在列车荷载作用下水平土压力、面板水平位移和筋材最大拉力的变化规律。结果表明:同一高度的垂直土压力值沿筋长方向呈增加趋势;水平土压力值随填土高度增加而增加, 沿墙高方向值变小。增加拉筋间距, 会使水平土压力值、面板水平位移和筋材最大拉力均增大。降低填土高度对墙背水平土压力、面板水平位移和筋材最大拉力的影响较小, 在施加列车荷载后2种曲线均近乎重合。在列车荷载作用下, 可通过增大加筋间距和降低台阶填土高度来优化加筋土挡墙的整体性能。     

加筋垫层对软土路基加固效果的多方案比较

为了更好地将土工合成材料加筋垫层应用于不同软土路基加固方案中，通过有限元数值计算程序建立了复合地基分析模型，并根据现场试验结果验证了其合理性；对比分析了不加固处理、仅加筋垫层处理、复合地基、加筋垫层联合复合地基４种不同加固方案作用下地基的潜在滑移面、稳定安全系数、水平位移、沉降和桩土应力比的变化规律。研究结果表明，对比不同的加固方案，加筋垫层的应力扩散作用和筋土之间的摩擦作用，能够限制地基土的侧向变形，有效提高路堤的整体稳定性，减小路基的沉降和桩土差异沉降，充分发挥桩的强度和刚度。     

包裹式加筋土挡墙有限元分析及方案优化

包裹式加筋土挡墙具有良好的抗变形能力和抗震性能,同时兼具造价低廉、施工简便等优点,但对其力学特性和优化分析还有待开展进一步研究。对此,基于ABAQUS有限元软件,考虑到边坡断面形式、加筋力学特性与铺设方式对包裹式加筋土挡墙的影响,建立了多工况分析模型,并将该模型用于不同工况下填土边坡的水平位移和塑性应变情况的分析。分析结果表明:宜将边坡断面设置成阶梯形式;对填土的中下部应选用轴向刚度较大的筋材加筋,对上部可选用轴向刚度较小的筋材加筋;对于填土上部,加筋长度不可太短,加筋长度的确定应主要考虑填土内部产生水平位移的范围。     

山区超高加筋土路基力学行为的有限元分析

以十堰至房县高速公路为例, 采用弹塑性有限元程序, 对山区某超高加筋土路基修筑过程中的双向位移、土压力、剪应力以及加筋体轴力与位移分布等力学行为进行数值分析。研究结果表明:① 加筋体内及加筋体后填土内侧向土压力不大, 垂直土压力主要为填土自重应力;② 加筋土路基底部混凝土圬工挡墙承受较大的侧向压力, 墙趾承受较大的压力与剪应力, 应保证基础平台的稳定性;③ 加筋体最大拉力出现在路基底部, 墙面最大水平位移出现在路基中部, 底部格栅后端承受一定的压应力, 可通过对混凝土圬工挡墙后的填土进行压实控制。研究成果可为山区超高加筋土路基设计方案提供参考, 同时对其他类似工程的数值分析具有一定的理论借鉴意义。     

双根无粘结预应力筋加筋体力学性能研究

为了研究双根无粘结预应力筋上施加的预拉力对加筋体力学性能的影响,采用缩尺模型试验研究,以钢砂作为填料,既满足了工程中无黏性填料的强度,又模拟了加筋体的应力状态。通过分级施加无粘结预应力筋的预拉力及模型上部的荷载,获得了加筋体的变形及挡板背部土压力的分布,并将试验结果与普通加筋体的测试结果进行了对比分析。研究表明:施加预拉力前加筋体的顶部沉降小于普通加筋体的顶部沉降;无粘结预应力筋上预拉力可以显著减小挡板的水平变形,且影响加筋体顶部的沉降,该影响与无粘结预应力筋的位置有关;堆载后挡板的水平变形和加筋体的竖向变形均变化不大;在施加预拉力过程中无粘结预应力筋之间基本无相互作用。     

分级加载下加筋边坡离心模型试验数值模拟

针对西南地区某机场加筋边坡的离心模型试验,建立与离心试验尺寸一致的有限元数值模型,并采用考虑时间因素的Cvisc蠕变模型与M-C模型,模拟分级加载过程中离心模型的位移、土压力、筋材拉力随时间的发展和分布情况,并与离心模型试验结果进行比较。采用Cvisc模型研究了不同筋材长度,以及不同部位的筋材加密和筋材模量增加对加筋边坡的影响。研究结果表明:Cvisc蠕变模型能较好地描述变加速度加载的离心模型试验,引进时间因子能反映出不同时刻下离心模型的位移、土压力、筋材拉力;随着筋材长度的增加,潜在滑面后移,边坡稳定性提高;在1/3坡高处筋材拉力和水平位移最大,通过对1/6～1/2坡高范围内筋材加密或模量增加,是提高边坡稳定性最有效的方法,筋材加密效果优于筋材模量增加。     

考虑不均匀沉降影响的多厢互联预应力渡槽安全评估研究

多厢互联式渡槽是针对南水北调输水量大而专门提出的一种新型渡槽结构型式,与传统单厢渡槽相比,这种新型渡槽纵向与横向尺寸相差不大,并采用三向预应力设计,导致其横向刚度与纵向刚度相差不大,承载以后的受力表现更像板而不是梁,这种结构挠度变形很小,但对不均匀沉降变形异常敏感。为此,以某三厢互联预应力渡槽为例,通过对现有沉降变形监测资料进行分析,提出了两种不同类型不均匀沉降变形模式,即"一头倒"和"扭麻花"沉降变形模式,并指出实际不均匀沉降是上述两种的复合模式。同时,当不均匀沉降发生时,将会改变槽身受力状态,对渡槽安全运行产生不利影响;随着不均匀沉降变形增大,槽身内壁及外壁应力状态逐渐恶化,内壁受拉区范围逐渐增大,最大拉应力值也逐渐增大;该不均匀沉降变形达到当前状态的1.5倍时,槽身内壁环向正应力将超过1.70 MPa,内壁存在很大的开裂风险。     

老路边坡桩对拓宽路堤沉降控制影响的数值模拟

采用二维弹塑性有限元方法,对不同布桩方式下PHC桩桩承式拓宽路堤的变形特性进行了数值模拟分析,研究了老路边坡下布桩减小拓宽路堤沉降和差异沉降的机理。基于沪宁高速公路拓宽工程沉降控制标准,对PHC桩加固区的位置和桩间距进行了优化。研究表明:老路边坡下布桩可以显著地减小拓宽路堤路中心处的最终沉降和路表工后坡率。在路堤高度不超过5 m且软基厚度不超过20 m情况下,桩帽宽1.2 m的PHC桩加固软基时,第一排PHC桩应布设在老路边坡下距老路坡脚不小于4.7 m处,桩间距可放宽至3.0 m。     

路面结构参数对高速公路拓宽工程附加应力的影响

针对高速公路拓宽工程中新老路基差异沉降对路面结构的显著影响,应用有限元程序,建立了差异沉降下路面结构应力的计算模型,分析了路面结构参数对拓宽道路的影响,并采用正交分析法进行了结构层参数变化的敏感性分析。结果表明,路面各结构层的附加应力随着不均匀沉降量的增大而增大,随着不同结构层厚度和模量的增大而有相应的增大或减小,对不同路面结构层的附加应力而言,各因素的影响程度不同,对基层顶面附加拉应力而言,基层厚度和模量的变化对其影响最大。     

土工合成材料土中与空气中抗拉强度对比

针对土工合成材料土中与空气中抗拉性能的差异性,研制了一台土工合成材料土中拉伸试验机。该试验机采用可移动套筒以保证测试材料一直处于土体中,减少甚至消除填土与夹具之间的摩擦,使测得的试样受拉力值更为精确;采用双光杆滑动轨道以保证夹具与套筒的低摩阻定向移动。该试验机能进行土工合成材料土中、空气中以及侧限拉伸试验,还能进行拉拔和蠕变试验。采用该试验机进行了5种土工合成材料空气中、土中拉伸试验及侧限拉伸试验。结果表明,土工合成材料在筋土相互作用下的抗拉强度受筋材与土体间摩擦的影响较小,而侧限约束是造成土中拉伸与空气中拉伸巨大差异的主要原因;分别得到了空气中拉伸强度与土中拉伸强度、侧限拉伸强度的量化关系式,可由较容易测得的空气中拉伸强度直接求得土中拉伸强度或侧限拉伸强度,便于工程利用时参考。     

桩承式复合路基填筑期沉降的因素敏感性分析

在高速公路改扩建工程中,为了减少软土地基上新老路基的沉降差异和桥头跳车等病害的发生,通常采用复合地基进行软基处理。通过灰关联熵法分析了各因素对路基填筑期沉降的影响程度,对复合地基处理下软土路基沉降的敏感性进行分析。研究结果表明,各因素对复合地基处理下软土路基填筑期沉降的敏感性从大到小依次为：地表硬层厚度、路堤填筑高度、地表压缩模量、软土层压缩模量和路堤顶处理宽度、软土深度、填筑时间、软土层厚度。路基填筑期沉降是高速公路最终沉降量的重要组成,其影响因素很多,研究各因素对复合地基处理下软土路基沉降的敏感性,对于软基处理施工设计和施工期的监控有重要的指导意义。     

沪宁高速公路地基沉降有限元计算分析

采用比奥固结理论，考虑侧向变形、二维或三维渗流对沉降的影响，对沪宁高速公路路基作非线性有限元计算。将路堤和地基作为整体划分网格，取网格结点上的孔隙压力和竖向、水平向的位移为基本未知量，在路堤作用下，根据土体的劲度和渗透性建立方程组，从而解得孔压和位移。由有限元法与常规设计计算结果比较可知：用ｅ～ｌｇｐ′法考虑前期固结压力是必要的，但应用１０～１２的修正系数对总沉降作修正；有限元法算得的工后沉降小于分层总和法；路堤填筑速度对沉降过程有影响；增加预压时间可减少工后沉降。     

深厚覆盖层上沥青混凝土心墙土石坝的应力变形特征

由于深厚覆盖层具有一定的可压缩性,修建在其上的沥青混凝土心墙坝坝体会发生沉降,且最大沉降位于距坝顶2/3坝高处;受坝体的影响,坝基深厚覆盖层也会向上、下游发生水平位移;沥青混凝土心墙存在明显的应力拱效应,蓄水后减弱.以在120 m深覆盖层上修建坝高100 m沥青混凝土心墙坝的有限元分析为例,探讨了沥青混凝土心墙上石坝在深厚覆盖层上的应力变形特性.     

山区复杂地形条件下超高土工格栅加筋土路堤的稳定性分析

在山高坡陡、地形地质条件复杂的山区修建土工合成材料加筋土路堤是一个很大的挑战。结合某公路建设中利用隧道开挖弃土修筑的50 m高土工格栅加筋土路堤, 探讨了在山区复杂地形条件下加筋土高陡路堤面临的工程地质水文地质问题, 采用极限平衡法对加筋土路堤典型断面进行了计算分析, 对可能采取的对应工程措施进行了讨论。基于计算结果, 阐述了增设坡底支撑墩、岩层锚杆, 调整加筋层间距和长度等增强山区加筋土路堤的稳定性和控制变形能力的工程措施。施工及监测结果表明, 该土工格栅加筋土路堤工作稳定, 所采取的工程措施达到了预期的目的。     

路堤深厚软基管桩复合地基数值模拟

结合高速公路桥头深厚软基现场试验段工程,对比了几种管桩复合地基单桩有限元数值建模方法,认为轴对称接触有限元模型可以较准确地反映路堤下管桩复合地基的基本性状。基于数值分析结果,详细探讨了管桩复合地基的受力特性和变形分布。结果表明:填土越高,桩顶承台应力集中越显著;桩土应力比与高距比、桩土沉降差之间均存在较好的正相关线性关系。填筑结束,带承台管桩承担了80%的路堤荷载,管桩外侧摩阻力承担了超过90%的承台受荷;与在天然地基上堆载相比,大部分荷载通过管桩传递到压缩性相对较小的深层地基中,管桩复合地基的附加应力分布得到了优化,桩长范围内地基的压缩率及压缩量大幅减小,管桩复合地基的总沉降量仅为相应天然地基堆载沉降量的18.5%,深厚软基的总沉降减幅为435 mm。     

公路建设不同阶段软土地基沉降比例研究

以武汉绕城公路北湖农场段软土地基长期沉降监测数据为样本,统计分析高速公路路堤施工期、路面施工期以及运行期不同阶段的沉降比例。总结超载预压、路堤高度、路堤填筑时间等因素对 3 阶段沉降比例的影响。研究结果表明：公路通车运行期的沉降占总沉降的比例相对均衡,有无施加超载、路堤高度的大小以及路堤填筑时间的长短等因素对公路运行期的沉降比例影响很小,这对于预测类似工程通车运行阶段的沉降以及公路的运行维护有一定指导意义。