移动荷载作用下桩承式加筋路堤的动力特性

为了研究桩承式加筋路堤在移动荷载作用下的特性,采用FLAC 3D软件建立了移动荷载作用下道路的三维动力流固耦合分析模型,对桩承式加筋路堤和天然路堤在移动荷载作用下的竖向变形、桩土应力比、超孔隙水压力、加速度等进行了对比分析,并研究了不同轴载对路堤竖向变形的影响。分析结果表明：移动荷载作用下,桩承式加筋路堤通过桩体土拱效应和格栅张拉膜效应的联合作用,其路面竖向变形、桩土应力比、超孔隙水压力、加速度均比天然路堤的结果明显减小;随着轴载的增加,桩承式加筋路堤路面竖向变形不断增大。     

桩承式加筋路堤的三维有限元分析方法

桩承加筋路堤可以提高地基的承载力、减小沉降和不均匀沉降,减小路基和路堤的侧向变形,提高桩土荷载分担比,降低工程成本,应用越来越广泛。本文使用非线性有限元软件ABAQUS进行了几何建模,对在路面荷载作用下的桩承式加筋路堤中加筋体拉应力、加筋体变形、路堤沉降、路堤侧向位移、桩身内力及桩身侧向位移的变化规律进行了分析。结果表明,桩承式加筋路堤的沉降区域主要集中在路堤正下方的加固区附近。加筋体的最大变形和最大拉力发生在桩帽边缘处;桩间条带区域是加筋体的主要受力区域。路堤最大侧向位移发生在坡脚处和其下方的地基土附近,容易使边桩承受很大的弯矩和剪力从而造成桩身的破坏。     

桩承式加筋路堤中土拱形态及荷载传递机理的数值分析

通过建立平面应变条件下桩承式加筋路堤土拱形态分析的弹塑性有限元模型,对桩承式加筋路堤中的土拱形态进行有限元数值模拟,并分析加筋对桩帽-土荷载分担特性的影响。计算结果表明:平面应变条件下桩承式加筋路堤中的土拱形态为半椭圆,土拱高度小于无筋桩承式路堤。土拱高度随路堤高度的增大先增高后稳定不变。加筋刚度对土拱高度的影响较小。加筋将桩间土承担的路堤荷载向桩帽上转移。由加筋传递到桩帽上的竖向应力随桩间距和加筋刚度的增大而增大,随桩帽宽度的增大而减小。     

交通荷载作用下桩承式加筋路堤性能分析

为了研究交通荷载作用下桩承式加筋路堤的性能,采用FLAC3D软件建立桩承式加筋路堤的三维动力流固耦合分析模型,对比分析桩间距、路堤高度、格栅模量、桩体模量等对路面沉降及路基中孔隙水压力的影响。结果表明:随着格栅模量、桩体模量的增加或桩间距、路堤高度的逐渐减小,桩承式加筋路堤路面的工后沉降逐渐增大;随着桩间距、路堤高度、格栅模量的增加或桩体模量的逐渐减小,路基中累积的超孔隙水压力最大值逐渐减小。     

路桥过渡段桩承式加筋路堤现场试验研究

桩承式加筋路堤与路堤填土加筋技术联合应用于黄土地区路桥过渡段,减小路桥过渡段差异沉降和桥头跳车现象。通过 现场试验 对桩承式加筋路堤中心轴和路肩对应位置处格栅上、下表面桩顶和桩间土土压力、桩间格栅变形以及加筋路堤各断面格栅上、下表面土压力和格栅变形进行监测分析,研究结果表明：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顶转移,从而可有效减小桩间土荷载;桩承式加筋路堤中心轴处路堤荷载转移主要以土拱效应为主,以张拉膜效应为辅,而路肩处格栅张拉膜效应较显著,路堤荷载传递由土拱效应和张拉膜效应共同完成,格栅在路肩处发挥作用效果大于路堤中心轴处;路堤加筋技术在桥台附近减载作用明显,随着距桥台距离的增加,减载作用逐渐减弱。     

路堤下桩–网连接方式对筋材受力变形的影响

基于现场试验,采用有限元软件PLAXIS2D建立桩承式加筋路堤数值模型,对比分析了路堤荷载下普通加筋和固网加筋时,筋材荷载传递、变形特性及筋–土界面摩擦特性。研究结果表明:对于软土地基上高填方路堤,固网加筋能更好地发挥筋材荷载传递效应;普通加筋时筋材变形曲线可用椭圆描述,筋材下表面筋–土界面应力比n约为40%,上表面n在10%～20%之间;固网加筋时,筋材下表面n约为10%,而上表面n小于10%。基于筋材变形特性及筋–土界面摩擦特性,提出了一种筋材拉力计算方法,并通过数值模拟结果对所提方法的合理性进行了验证。     

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-网复合地基的动力稳定性分析

运用plaxis有限元软件分析地震作用下桩-网复合地基的路堤破裂面,揭示了地震荷载作用下复合地基路堤产生路面拉裂破坏,桩-网复合地基的破裂面发生在路堤两边缘的现象,表明土工格栅加筋可起到裂缝隔断作用和变形控制作用,路面张拉裂缝由于长筋的存在而不能向下继续扩展,坡面土体的侧向变形由于短筋的存在受到抑制,进而防止了路堤坡面滑塌。同时利用有限元强度折减法对桩一网复合地基的路堤加筋方式进行优化设计,得出不同加筋情况下的安全系数。研究表明,常规加筋设计时,动力安全系数为1.55,顶部增设通长筋时,动力安全系数为1.78,在中部再增设8 m短筋时,动力安全系数提高至2.35,比常规加筋情况下提高了51.6%。     

基于ABAQUS有限元的土工格栅加筋路堤边坡稳定性研究

运用通用ABAQUS有限元程序,结合某路堤断面对路堤加筋效果进行数值模拟,研究在交通荷载下土工格栅加筋作用对路堤稳定性的影响.采用拟静力法,分析路堤在加筋、未加筋两种情况下的路堤边坡稳定性.研究表明:在简化交通荷载下,加筋不仅可提高路堤稳定安全系数,有效减少路堤侧向位移,并能极大缓解路堤边坡在超过临界状态时产生的位移突变情况,通过计算得到路堤合理加筋层间距为1m.     

桩承式加筋路堤土拱效应试验研究

桩承式加筋路堤中存在土拱效应,它影响着路堤的荷载传递和沉降变形性状,桩土应力比是反应土拱效应的重要参数。本文通过模型试验,研究了桩土相对位移、路堤高度、桩梁净间距、桩梁宽度及水平加筋体等因素对桩土应力比及路堤沉降的影响。结果表明:①桩土应力比随桩土相对位移的发展而变化,存在上限值和下限值;②路堤高度与桩梁净间距之比越大,桩土应力比越大;桩梁宽度与桩梁净间距之比越大,桩土应力比也越大;③使用水平加筋体能提高桩土应力比,提高的幅度与水平加筋体拉伸强度有关;④当路堤高度与桩梁净间距之比小于1.4时,无论是否使用水平加筋体,路堤顶面均会出现明显的差异沉降;当路堤高度与桩梁净间距之比大于1.6时,路堤顶面不会出现明显的差异沉降。该研究成果可为桩承式加筋路堤设计提供有益的参考。     

软土地基加筋石灰土路堤离心模型试验数值模拟

 建立以离心试验几何尺寸的有限元数值模型,模拟变加速度加载下软土地基加筋石灰土路堤中的位移、土压力、孔隙水压力和加筋拉力随时间的变化规律,并与离心模型试验结果进行比较;同时,采用该数值模型计算了不加筋、加1,2层筋时路堤和地基位移情况。计算结果表明,加筋路堤沉降量、土压力、孔隙水压力和加筋拉力的计算值与离心试验实测值吻合很好或基本一致,表明该数值模型是合理的;不加筋路堤的中心沉降量和坡脚下地基水平位移比加1层筋时明显大一些,两者在加速度为100.0 g时地面坡脚处的水平位移差值达近2 mm,而加2层筋时位移与加1层筋接近。     

路堤下粉喷桩复合地基现场试验研究

针对粉喷桩复合地基性状进行了现场试验研究,包括地基的沉降、深层水平位移、孔隙水压力、桩-土应力比、桩身应变等。试验结果表明:(1)粉喷桩复合地基工后沉降能满足设计要求:(2)采用桩长渐变的方法可完成从桥台到一般路基的沉降平滑过渡;(3)地基深层水平位移小,有利于地基的稳定和减小地基对桥台基础的影响;(4)超静孔压消散慢,但孔压值不大,对沉降稳定影响不大;(5)桩-土应力比较大;(6)桩身应变与桩顶土压力具有较好的线性关系。     

软基上加筋防波堤的离心模型试验

通过离心模型试验，研究在有无土工织物加筋垫层条件下防波堤和软基的变形性状，得到了地基沉降、隆起及水平位移的分布规律。提出了一种量测筋材张力的新方法，对土工织物在离心试验过程中的应力状态进行了测试。研究结果表明：土工织物加筋垫层能有效地减小地基的侧向位移，有一定的加筋效果：土工织物张力的发挥水平与堤坝的沉降量密切相关，工作状态下其最大强度发挥水平约为52％。     

Full-scale model tests of load transfer in geogrid-reinforced and floating pile-supported embankments

Well-designed field full-scale model tests were carried out to enhance the understanding of geogrid-reinforced and floating pile-supported (GRFPS) embankments constructed on medium compressibility soil (MCS). Two comparative test sections of GRFPS embankments with and without pile caps were built over silty clay with medium compressibility for field monitoring, over 25 months. The heavily instrumented embankments produced comprehensive high-quality data. Settlement, earth pressure, and geogrid strain measurements during embankment filling stages and the postconstruction placement stage were conducted. The influence of pile cap installation on the differential deformation and load transfer behaviour of the GRFPS embankment was evaluated. The results demonstrate the installation of pile caps can significantly improve the evolution characteristics of the stress increment ratio on the pile, facilitating a change in load sharing of the pile top from a “softening” feature to a “hardening” feature. The state of the “arching structure” heavily depends on the relative displacement. After the maximum arching is formed, although the subgrade load continuously increases, the arching enters the damage and recovery state, and the transfer of the overburden load increment is largely conducted by the tensioned membrane effect.     

重力码头地震旋转与滑动耦合运动下的残余位移简易算法

预测重力码头的地震残余位移是码头工程地震设计的关键,而码头墙后回填砂土因地震引起的超静孔隙水压力发展水平对码头墙体运动具有一定的影响。引用液化度概念考虑超静孔隙水压力影响来修正Mononobe-Okabe拟静力法计算的动主动土压力和回填土地震孔隙水产生的动水压力;同时考虑水平和竖向地震载荷,采用Steedman的旋转块体法,根据力与力矩极限平衡确定码头的滑动与旋转门槛加速度系数,分别对码头滑动先开始与倾斜先开始两工况下的耦合运动模式进行详细分析,修正码头因耦合运动影响的滑动与旋转门槛加速度系数,计算码头耦合运动下的地震残余位移计算。选用正弦脉冲的地震运动特征,应用该计算方法对码头耦合运动的残余位移的闭合解进行了推算,分析了码头残余位移随着液化度变化的规律。     

Vertical cyclic loading response of geosynthetic-encased stone column in soft clay

Dynamic responses of the geosynthetic-encased stone column (GESC) supported embankment under traffic loads have become a hot topic. This study investigates the responses of GESC improved ground under vertical cyclic loading. A series of laboratory tests in a designed model test tank have been carried out with different loading parameters (varied loading amplitudes and frequencies), different column dimensions (varied encasement lengths and column diameters). In the tests, the soil-column stress distribution, accumulated settlement of loading plate, excess pore water pressure in the surrounding soil and lateral bulging of the stone column are monitored. Experimental results indicate that the vertical stress on the stone column increases with the increment of encasement length, and decreases with the increment of column diameter, loading amplitude and loading frequency. The increasing stress on the surrounding soil leads to a greater accumulated settlement of the loading plate and excess pore water pressure, while the increasing stress on the column leads to larger lateral bulging of the column. Excess pore water pressure dissipates effectively through vertical and horizontal drainage channels provided by the stone column and the sand bed. The geosynthetic encasement prevents the clay from obstructing the drainage channel by filtration and guarantees the drainage effect.     

排水刚性桩单桩抗液化性能的振动台试验研究

排水刚性桩是一种将竖向排水体与刚性桩相结合的新型桩基。为研究抗液化排水刚性桩的单桩抗液化作用效果,采用振动台试验对排水刚性桩在动力荷载作用下的排水效果、地基孔压响应、加速度响应以及在上覆荷载作用下桩顶的侧向永久位移等动力响应进行了研究,并与不设排水体的普通桩作了对比。结果表明:抗液化排水刚性桩是一种有效的抗液化措施。在排水刚性桩桩身1倍桩径范围内,土体的喷砂冒水现象得到有效控制,普通桩试样中喷砂冒水现象严重。距离桩身排水通道0.5倍桩径处,排水桩超孔压比峰值约为普通桩超孔压比峰值的50%,排水桩可以更快地消散地基内的超孔压,超孔压比从峰值减小为0.7时,排水刚性桩用时6 s,普通桩用时17 s。排水刚性桩距排水体0.5倍桩径处加速度峰值为0.2g,相同测点处普通桩加速度峰值为0.09g,与排水桩相比,减少约100%。随加载过程的持续,排水桩桩顶震荡幅值基本不表现,在惯性力作用下,振动荷载初始时间段内(3 s时间内),桩身发生轻微震荡。普通桩桩顶水平震荡幅值为0.6 cm,且震荡时间持续整个加载过程中(10 s),普通桩桩顶的侧向永久位移约为排水桩的3倍。     

桩承式加筋路堤受力机理及沉降分析

作为一种经济、有效的软土地基处理方法,桩承式加筋路堤在国内外已开始使用。把单桩处理区域及上部路堤等效为圆桩体,采用弹塑性有限元法分析了瞬时加载后地基中超静孔隙水压力的分布特征及消散过程,研究了加筋格栅的受力和路堤的沉降特性等,分析了桩长、桩间距及桩托板大小对桩体荷载分担比和路堤沉降的影响。研究结果表明,打桩后桩体所受荷载向下传递,地基中的初始最大孔隙水压力出现在桩端以下土层。打穿软土层情况下,路堤的沉降量决定于浅部桩间土的压缩,而未打穿情况下,路堤的沉降量决定于桩端以下软土层的压缩。桩长是控制路堤沉降的最主要因素,其次是桩间距和桩托板尺寸。最后对一个工程实例进行了分析。