土拱应力传递模型及其形态差异性对比

为研究土拱效应的演化过程以及土拱应力的传递规律，根据桩土静力平衡条件及抗剪强度准则建立土拱应力传递模型，并基于工程背景建立数值模型，通过控制等应力差方法比较三种应力云图中土拱的形态差异，并根据土拱应力传递模型对桩后荷载的传递规律进行分析。解析解表明：桩间竖向土拱和桩后水平土拱的法向应力均呈指数递减规律；不同应力云图中土拱形态不同，根据土拱效应随深度的演化过程，可分成四个区域进行研究；水平土拱效应随深度逐渐减弱，桩侧土拱及桩脚处应力随深度均增大并逐渐接近桩后应力；桩后土拱荷载传递系数随深度逐渐减小，桩侧土拱荷载传递系数随深度逐渐增大。     

隧道高回填路堑式明洞土拱效应下竖向土压力

基于60°和80°2种边坡坡角条件,借助于有限元软件Midas-GTS NX分析了明洞土压力集中系数随填土高度的变化规律.结果表明:当覆土层厚度较大时,明洞上方形成土拱效应;明洞土压力随覆土高度的增加而增大;明洞土应力值小于上部填土自重应力,土压力集中系数逐渐减小;且土拱效应随坡角的增加而增加;当坡角较小时,明洞土压力逐渐接近于平坦地形中的明洞土压力,"土拱效应"消失.     

抗滑桩土拱效应的时效性试验分析

土拱效应是保证抗滑桩桩后土体稳定的重要因素,由于岩土体具有蠕变特性,必然导致桩间土拱的形成具有一定的时效性.笔者设计了抗滑桩室内推桩模型试验,分析了1 kN 、2 kN恒定外推力条件下,抗滑桩桩后土体内部的应力分布特征及土拱效应的时效性.沿法向布置的土压力计量测数据表明,土拱效应随着推力的增大而增强.随着时间的推移,土拱作用厚度相对增加;沿推力方向布置的土压力计量测数据表明,水平土拱效应伴随推力增长呈现出先增强而后逐渐扩展的现象,随着时间的增长,应力沿着法向扩散的范围有很大的增长.     

水平荷载作用下超长桩土拱效应数值模拟

建立了水平荷载作用下单排超长桩与土相互作用的三维有限元数值模型,对所形成的土拱效应进行数值模拟,研究了水平土拱和水平向摩阻力沿桩长方向的变化规律,以及桩间距对于土拱效应的影响,并进行了参数敏感性分析。结果表明:土拱效应在桩的上部作用较为明显;水平向摩阻力与土拱沿桩长方向的变化规律一致,土拱对于水平承载力具有增强作用;随着桩间距的增大,桩间应力拱逐渐消失,6倍桩径为应力拱产生的极限桩距;土体内摩擦角、黏聚力对土拱效应的影响呈正比关系,而桩土刚度比对土拱效应的影响呈反比关系,桩的长径比对土拱效应的影响是先增加后消失,影响最大的长径比为50。     

桩承式挡墙路堤三维土压力分布与变形特性试验

为了深入探讨桩承式挡墙路堤中的三维土压力分布及变形特性,采用自制的阵列式多活动门装置,选取路堤高度、桩间净距等参数,并考虑桩间土均匀下沉与非均匀下沉的情况,开展10组模型试验。通过粒子图像测速技术对路堤填砂颗粒位移进行监测,采用自制的荷载计与土压力盒量测桩间土、桩顶和挡墙土压力。试验结果表明:路堤变形存在三角扩展和塔形升高2种模式;应力折减比最小值与残余值均随路堤高度的增加而减小,但同时土拱效应衰减(桩间土应力恢复)速度、衰减达到稳定对应的沉降量均增加,非均匀下沉对土拱效应峰值存在削弱作用,但是对土拱效应残余值影响不大;土拱效应发挥导致土压力在桩顶和路堤中部一定高度位置产生集中。三角扩展模式的土拱效应发挥较弱,塔形升高模式中土拱效应在桩间土下沉过程中得以加强并保持了较高的水平。桩承式挡墙路堤三维土压力分布与变形随桩间土下沉演化的研究成果可为桩承式挡墙路堤设计提供参考。     

抗滑桩桩后土拱效应的数值研究

基于数值模拟方法,分析研究了抗滑桩桩间距、滑体抗剪强度指标、滑坡推力对土拱效应的影响。结果表明,通过土拱效应作用在桩上的土压力,随桩距增大先增大后趋于平稳,随抗剪强度指标增大先增大后减小并趋于稳定,与滑坡推力增大成正比。     

加筋形式对桩承式路堤工作性状影响的试验研究

对无加筋和采用不同加筋材料、加筋层数下桩承式路堤的工作性状进行了三维模型试验研究,侧重分析了桩土应力比、应力折减系数、填土中竖向应力分布、地基沉降等内容。结果表明加筋材料的设置有利于荷载向桩顶的转移,可有效减小沉降,但不同加筋形式下桩承式路堤的工作性状有所不同。使用单层或双层土工布时,路堤的荷载传递机理主要是填土的土拱效应和加筋材料的拉膜效应,但拉膜效应发挥相对较晚。使用双层格栅时,加筋材料与周围砂土形成半刚性平台。单层格栅的作用介于两者之间。试验结果与常规拉膜效应设计方法的对比表明,若假设荷载只由相邻桩间的加筋材料条带承担,计算的拉力将偏大,过于保守。     

桩间土拱空间演变机理与构造柱支护应用研究

运用数值模拟方法对支护桩桩间土拱效应机理进了研究,结果表明:土拱效应存在"成拱—稳定—失效—再成拱"的演变过程.其中第一阶段土拱支撑依赖于桩-土相互作用,第二阶段土拱主要靠连拱效应稳定.桩间土土体参数和荷载作用对土拱演变过程有明显影响,土拱矢跨比及拱厚均随黏聚力或内摩擦角的增大而变小,随荷载的递增而增大.基于土拱空间演变机理,提出了桩间土构造柱应用技术,分析了最大主应力、水平应力及Mises分布规律,结果表明构造柱可以稳定拱前自由区的独立土柱,分担土拱的荷载,限制应力绕流现象,加强楔紧效应,改善土拱受荷工况.     

抗滑桩结构的土拱效应分析

基于平面应变有限元方法,对抗滑桩加固边坡中的土拱效应进行了分析。对比分析表明,加设抗滑桩后,桩周土体的主应力方向发生了偏转,两桩附近的大主应力方向连线成半椭圆形拱状,并在桩侧附近形成应力集中区域。桩后土体离抗滑桩越远受应力迁移的影响越小,故抗滑桩的土拱效应具有一定的范围。随着桩间距的增大,桩承担的荷载比例明显减小,土拱效应减弱。至于桩间距的确切计算公式,一般需结合极限平衡分析方法进行定量计算。     

被动桩土拱效应有限差分模拟研究

采用有限差分软件FLAC3D,分析外荷载、桩间距和土体性质对土拱效应的影响,分析表明,在一定范围内随着外荷载的增加,桩体荷载分担比不断变大,土拱效应不断增强;随着桩间距的增大,土拱效应逐渐减弱;土体内摩擦角对土拱效应具有加强作用。     

抗滑桩宽度与桩间距对桩间土拱效应的影响研究

抗滑桩宽度对桩间土拱效应的影响直接关系到桩截面尺寸及桩间距设计的合理性。通过离心模型试验,观察到抗滑桩宽度越大,桩间土拱稳定性越高。基于离心试验模型,采用数值模拟方法分析桩间土拱承载能力随桩宽度的变化规律。试验表明在桩间净距保持不变的情况下,桩间土拱承载能力随桩宽度增加而逐渐增大,但增长斜率逐渐变缓,说明随着桩宽度的变大,桩宽度的增加对桩间土拱承载能力的影响越来越小;而在桩间净距与桩宽度比值不变的情况下,桩间土拱承载能力随桩宽度和桩间净距的增加反而降低,且下降斜率逐渐增大,说明桩间净距对桩间土拱承载能力起着控制作用,增加桩宽度对土拱承载能力的贡献远不及增加桩间净距对土拱承载能力的削弱作用。本文研究表明,桩间土拱承载能力与桩宽度之间存在非线性的关系,在建立抗滑桩合理桩间距计算模型时应对此予以考虑。     

桩间土拱效应离心模型试验研究

抗滑桩的合理桩间距是设计中的关键参数之一。本文通过桩间净距分别为4 d、5d和6 d的粘性土抗滑桩离心模型试验,分析了桩间土拱形态变化及破坏状态。试验结果表明,桩间距较大时,土拱曲线形状趋于平缓,土拱矢高较小,土拱的受力趋于梁的受力,难以形成稳定的土拱;桩间距较小时,土拱矢高较大,土拱的受力呈现受压的特征,容易形成稳定的土拱,即随着桩间距的增大,土拱效应减弱。同时从理论上分析了不同桩间距土拱的破坏图式,提出粘土中合理桩间净距为桩径的4倍左右,该结论对抗滑桩的设计具有一定的参考意义。     

桩承式路堤中的静动力土拱效应

为了从更深层次理解土拱效应的工作性状,在总结桩承式路堤土拱效应中等沉面、桩体荷载分担比等问题的基础上,比较了几种桩体荷载分担比的计算方法,阐述了动荷载在桩承式路堤中的传递机理,分析了土拱效应发挥程度对动应力的影响,最后给出桩承式路堤中动应力的计算方法。研究结果表明:等沉面与土拱高度可用临界填土高度进行归一化描述,临界填土高度与桩间净距呈线性关系;桩体荷载分担比的大小与工况有关,几种计算方法有各自的适用条件;陈云敏的计算方法与实测值拟合度较高;动荷载的传递也受土拱效应的影响,随着动荷载循环次数的增加,土拱效应存在先强化后弱化的现象。     

抗滑桩桩后土拱效应特征的三维数值研究

通过对抗滑桩桩后土拱效应的三维数值模拟分析,发现在抗滑桩桩后和桩间土体中存在两种不同作用机理的应力拱,抗滑桩桩后土拱效应随着深度的增加而增强,不同性质的土体土拱具有不同的形状。经过对抗滑桩桩后土拱效应影响因素的分析表明,抗滑桩桩后外载荷大小、桩间距、土体内摩擦角、黏聚力、土体与桩体的相对刚度的大小、土体的泊松比、桩土接触面性状等对土拱效应有不同程度的影响。     

大直径钢管桩竖向承载力计算方法研究

随着海上油气资源的深度开发与海上风电工程的投资建设,大直径钢管桩基础以其结构简单、安装便利、承载性能优越的独特优势被广泛使用。随着钢管桩直径的增加,其承载模式有别于传统的小直径桩。分析了太沙基、梅耶霍夫、别列柴策夫深基础承载力理论公式与建筑桩基技术规范、港口工程桩基规范、API、DNV规范以及考虑土拱效应的计算方法之间的差异性,并应用上述方法计算了实际工程中大直径钢管桩的竖向承载力,将计算结果与动测结果进行对比。结果表明:理论算法中太沙基法与梅耶霍夫法计算值较大,别列柴策夫公式和考虑土拱效应计算法相对准确;建筑桩基技术规范、港口工程桩基规范相对于API、DNV规范更加保守。     

桩承式路堤中土拱形态与成拱过程中土拱效应研究

建立了平面应变条件下模拟土拱形成过程的弹塑性有限元模型。研究了桩承式路堤中的土拱形态,分析了影响土拱高度的主要因素和土拱形成过程中桩帽与桩帽间地基土之间的荷载分担特性。研究表明：平面应变条件下土拱的形态为半椭圆,填土内摩擦角和凝聚力的变化对土拱高度的影响较小。土拱高度随桩帽净距的增加先增大后逐渐减小,随路堤高度的增加先线性增加后稳定不变。完整土拱形成时土拱效应发挥程度最大,桩帽间地基土承担的路堤荷载不再向桩帽上转移。     

抗滑桩的桩间土拱效应问题研究

抗滑桩的设计理念是采用非连续结构,利用土体自身强度形成的拱效应来达到支挡目的。土拱效应是安全经济地发挥抗滑桩等非连续支挡结构支护功能的重要前提。通过对非均布荷载作用下土拱的力学性质分析,根据轴向压应力与矢跨比的函数关系,利用摩尔-库仑强度准则推导了土拱承载力与土拱净跨度和桩宽度的关系。     

边坡工程中抗滑桩群桩土拱效应的数值分析

土拱效应普遍存在于群桩的各排桩间土体中.采用MSC.marc有限元软件,详细研究了边坡中双排抗滑桩的群桩土拱效应,在同排桩桩间距一定下,分析了排列方式为平行排列和间隔排列桩的土拱效应,以及考虑不同排桩桩间距、不同堆载大小、不同土体性质等对群桩土拱效应的影响,以及前后排桩间土体的土拱效应在不同条件下的变化规律, 分析表明,当桩的列间距在3～8倍桩径时,行间距在2～8倍间变化对群桩的土拱效应有明显影响.     

被动桩土压力计算的被动拱-主动楔模型

针对在桥梁码头、工业厂房等工程中经常遇到的被动桩问题,从土体的运动和应力的传递方式入手,采用将被动桩分为被动侧成拱和主动侧形成应变楔分别计算土压力,实现从简单的一维弹性地基梁模型到复杂的三维桩土相互作用的拓展。考虑实际土体的成层性,被动侧土压力的计算考虑土体的成拱效应,传递到桩身上的应力以动态的应变楔向主动侧土体传递,建立桩土相互作用的整体平衡方程,并采用有限差分方法迭代求解。最后采用一工程实例对该模型进行验证。