路桥过渡段填料中动荷载传递特性

为研究动荷载在路桥过渡段级配碎石填料中的传递规律,在路桥过渡段填筑过程中分别布设了3层土压力盒,各层均按梅花形布设,对压路机往返压实过程与液压夯夯击过程中各点应力进行实时监测,分析了压路机的振动荷载与液压夯的冲击荷载在同一填筑平面的传递特征; 进一步将竖直方向的各层测点元件拟定为对应的荷载传递路径,以此分析了各条路径中动荷载竖向传递规律。结果表明:填料的压实或夯击遍数直接影响动荷载的传递特性,随着压实或夯击遍数的增加,压力盒测得的应力值逐渐增大; 随着夯击遍数的增加,同一深度处填料的相对应力增加量均呈台阶状递增; 压路机与液压夯产生的动荷载在填料中的荷载衰减量随着深度增加逐步递减; 填料经过压路机与液压夯的6遍压实与夯击后,同一深度处的冲击荷载增加量为振动荷载增加量的4倍左右,液压夯处理路基填料的效果尤为显著; 试验结果为今后级配碎石填筑路桥过渡段提供了现场测试方案,为后续施工提供了理论指导,使现场测试环节更加完善。     

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。     

基于大比例静力模型试验的高强度桩复合地基加筋垫层分析

为研究高强度桩复合地基加筋垫层的作用机理与筋带拉力的计算方法,采用一套自制的桩土差异沉降控制装置,进行了4组不同桩帽尺寸的大比例静力模型试验。测试了各级荷载作用下的加筋垫层筋带拉力,分析了筋带拉力的大小及分布随荷载增加的变化规律。结果表明：随桩顶和桩间土沉降差增加,筋带拉力逐渐增大,筋带拉力最大值出现在桩顶位置;随着桩帽覆盖率增加,桩间土范围内筋带拉力缓慢减小,桩顶范围筋带拉力变化较大,先增大后减小。加筋垫层的破坏模式表现为桩帽边缘的筋带断裂。     

轻型压实设备压实特性与效果的实验研究

为了研究轻型压实设备的压实特性,以及土壤含水量、压实遍数以及压实层厚度对压实效果的影响,本文通过现场实验,选择振动平板夯、手扶单钢轮振动压实机和手扶双钢轮振动压实机三类轻型压实设备,对压实厚度分别为50、100、150和200mm的路基土进行不同遍数的压实,得到上述三类设备现场压实的含水量—干密度曲线。结果表明,当使用轻型压实设备进行现场压实时,土壤的最佳含水量要高于实验室击实试验的最佳含水量。据压实特性曲线建立了关于土壤含水量、压实遍数以及压实层厚度的回归方程,该方程可以用于预测轻型压实设备施工现场的压实度。     

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。     

加筋褥垫层在PCC桩复合地基中的影响研究

通过现场试验,测得了路堤下PCC桩复合地基桩土差异沉降及应力比随路堤填筑的变化过程线。试验表明,加筋褥垫层性质对桩土差异沉降以及应力比会产生影响;加筋材料不同的预张拉程度会产生前期增长型和后期增长型两种桩土应力比增长模式,提高预张拉程度对减小地基水平位移是有利的。此外,采用数值模拟方法对褥垫层中加筋材料抗拉强度及铺设层数和位置的影响研究表明,提高加筋材料的抗拉强度,对减小桩土差异沉降、提高桩土应力比是有利的;改变加筋材料铺设层数和位置也会产生一定的影响,但影响程度较小。     

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。     

加筋红砂岩风化土强度和变形特性

红砂岩风化土是湖南公路路堤工程中应用较多的填筑材料,采用直剪试验研究了不同压实度的红砂岩风化土的强度和变形特性,以及加筋对其工程性质的影响。试验表明,随压实度增大,红砂岩风化土的峰值抗剪强度明显提高,但主要由粘聚力的增大引起,随剪切位移增大,粘聚力减小,抗剪强度大幅度降低,其应力–应变曲线呈现随应变软化型。加筋提高了红砂岩风化土的峰值抗剪强度和残余强度,更重要的是明显减小了峰值后强度的降低幅度,且达到峰值抗剪强度的剪切位移增大,峰值区域增宽,土体延性提高,改善了红砂岩风化土的强度和变形特性;对于不同的加筋层数和不同的筋材模量,以及在不同的压实度和试验竖向压力下,加筋对红砂岩风化土的强度和变形特性的改变不同;根据试验结果,还对红砂岩风化土的工程性质以及加筋的抗剪作用机理进行了初步探讨,阐述了加筋材料在土的应力–应变关系中的主要功能和作用。     

加筋水泥土桩锚墙支护的基坑监测分析

开挖深度内地基土为淤泥质黏土,基坑西侧采用加筋水泥土桩锚大放坡开挖,其余三侧采用加筋水泥土桩锚墙支护方式支护。发现,基坑坑顶水平位移随着开挖深度的增加线性增大,到地下室封顶时,施工通道处的坑顶位移,要比不施加荷载的坑顶大2倍以上。从水平位移分布来看,基坑的阴角最小,阳角最大,基坑每侧跨中也大。对于水泥土桩锚墙支护形式,墙后土体的深层水平位移分布存在位移零点,而位移零点恰好出现在水泥土墙底附近。大放坡开挖,后面的土体也存在位移零点,但零点位置明显比有墙的浅。另外,基坑到底后,如果坑顶不作用荷载,深层水平位移变化不大,作用荷载后,深层水平位移增加较大,甚至比基坑到底时的位移高一倍以上。基坑后面路面沉降随开挖深度增加而增大,但沉降速率最大出现在基坑到底后结构开始施工的期间内。基坑开挖过程中,最大沉降出现在距离基坑约8m的地方,而不是基坑坑顶,沉降分布曲线呈凹形。靠近地面的第一排桩锚受力最大,由于第一排桩锚的屏蔽作用,分散了应力,从而以下的第二、第三、第四排桩锚的抗拔力增加不显著。     

格宾网加筋红砂岩粗粒土的强度和变形特性

开展了不同加筋层数、不同压实度、不同含水率的格宾网加筋红砂岩粗粒土大三轴试验,分析格宾网层数、试样含水率和压实度对红砂岩粗粒土应力应变关系、强度和变形特性的影响,引入强度比参数评价加筋效果,并与土工格栅加筋方案进行对比。试验结果表明:格宾网加筋能明显提高红砂岩粗粒土的峰值强度和土体延性;格宾网加筋使红砂岩粗粒土的黏聚力大幅提升,但其内摩擦角提高幅度不大;在同一压实度下,加筋和未加筋土体的黏聚力随含水率变化呈现非线性变化关系,且在最佳含水率附近达到峰值;在同一含水率下,黏聚力和内摩擦角随试样压实度的增加而增大;加筋效果与加筋层数、土体含水率和压实度有关,格宾网加筋的作用发挥随围压增大而减小。     

条形荷载下土工格室加筋砂土路堤模型试验研究

为了探讨不同土工格室加筋方式对路堤应力变形特性和不均匀沉降的控制效果,分别对纯砂路堤边坡和土工格室加筋路堤进行多组模型试验,研究了土工格室焊距、埋深、加筋层数以及压实度对路堤承载力特性和变形特性的影响,同时结合土工格室材料应变的变化规律和加筋路堤的坡面变形状态分析了土工格室加筋路堤的破坏模式。试验结果表明:格室加筋效果随着焊距、加筋深度的减小而增加,随着压实度、加筋层数的增加而增加;土工格室加筋路堤承载力是纯砂的2.5倍左右,提高了路堤的极限承载力,减小了路堤沉降,并且土工格室加筋路堤坡面侧向位移比纯砂路堤减小了75%。     

动荷载作用下土工格栅应变软化特性

土工格栅的强度衰减特性对加筋路堤和加筋挡墙的稳定性有重要影响。对塑料土工格栅进行了应力控制式单向循环拉伸试验,研究了循环拉力、预拉力、加载频率等对格栅应变软化及变形的影响。试验结果表明,随着循环拉力、预拉力的增加,格栅的累积应变增大,软化指数增大,强度减弱;荷载振动频率的减小也会产生类似的结果。通过对试验数据的分析,总结了格栅应变软化的规律,并将其引入改进的Iwan模型中,建立了能描述循环拉伸荷载作用下土工格栅的拉力应变关系的模型,通过将模型计算结果与试验结果的对比,验证了模型的正确性。     

交通荷载作用下加筋土路基残余变形减小的机理分析

应用有限单元法对交通荷载作用下加筋土路基进行隐式动力分析,并基于累积塑性变形的计算和影响因素分析,揭示加筋减小路基土残余变形的机理。分析结果表明:对于级配碎石基层沥青混凝土路面,加筋改善路基表面的压应力分布,减小传递到路基表面的剪应力,加筋后路基土上部80cm范围内动偏应力大大减小,而动偏应力是引起路基残余变形的重要因素之一;另一方面,交通荷载作用下,路基土的累积塑性变形主要发生在路基上部100cm范围内。因此,加筋后路基土累积塑性变形的减小,主要是由于加筋减小交通荷载作用下路基土上部的动偏应力;土工格栅刚度越大,动偏应力减小越显著。     

基于薄板理论的刚性桩网复合地基桩土应力比计算

 桩土应力比是反映刚性桩网复合地基工作特性的重要指标。根据刚性桩网复合地基的荷载传递特点,对其在路堤填土荷载作用下的桩土应力分担比进行研究。根据加筋垫层–桩–桩间土应力和位移连续条件,将加固区视为整体进行研究。结合加筋垫层的应力–应变特点,选用大挠度薄板理论模拟加筋垫层的受力和变形。考虑加筋垫层的真实边界条件,首先假定加筋垫层四角点简支其余位置自由并进行桩土应力比求解。在该假定基础之上,考虑桩土相互作用影响,通过功能原理推导出真实情况下刚性桩网复合地基的桩土应力比计算方法。采用室内足尺试验对计算方法进行验证,并综合分析褥垫层模量、桩间距、土体基床系数和桩径对桩土应力比的影响。结果表明理论计算结果与试验结果较为吻合,可为工程实践提供参考。     

塑料套管混凝土桩加固公路软土地基现场试验研究

根据某一高速公路塑料套管混凝土桩加固软土地基工程实例,对桩土应力、地表沉降、横向位移、不同深度孔隙水压力进行观测,讨论了塑料套管混凝土桩桩承式路堤的工作机理。结果表明：塑料套管桩加筋路堤的临界高度约为1.26倍桩净距,观测期末,荷载分担比接近89%;桩帽和桩间土最大差异沉降为30 mm左右,且应力集中比随着差异沉降的增大而线性增大;路堤堤脚附近不同深处横向位移随着路堤填筑高度的增加而增加,施工结束时,地表以下2.5 m处横向位移最大,为12.86 mm;横向位移-沉降比和横向位移增加率随着路堤填筑高度的增加逐步减小并趋于稳定,塑料套管混凝土桩加筋路堤系统能够有效防止路堤横向位移的发展和改善路堤的整体稳定性。     

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。     

长短桩筏板复合地基现场测试研究

为研究长短桩筏板复合地基加固效果,分别采用单点沉降计、沉降板、分层沉降计、土压力盒和孔隙水压力监测路基不同位置沉降、侧向变形和桩土应力。结果表明:上部荷载恒定后,后期路基沉降主要由下卧层压缩沉降产生,但是沉降量较小;侧向位移随着时间增长,位移速率和位移量逐渐减小,位移速率趋于稳定;在预压期间,素混凝桩土应力比先稳定后增加,CFG桩桩土应力比先稳定再减小;在上部填土重力作用下,长短桩复合地基超孔隙水压力呈现先产生骤然增加然后逐渐消散过程;随着上部荷载增加,筏板上应力由均匀分布变为抛物线分布再到马鞍形分布。     

柔性桩承式加筋路堤桩土应力比分析

针对柔性桩承式加筋路堤,建立了路堤–网–桩–土相互协调共同工作的荷载传递模型,通过改进的路堤荷载传递模型和假定的柔性桩侧摩阻力分布模式分析了路堤土拱效应和桩土相互作用,根据平衡条件推导获得了新的可以考虑土拱效应、拉膜效应和桩土相互作用三者耦合条件下桩土应力比及桩土差异沉降计算公式。通过工程实例的分析计算,验证计算模型的合理性,并分析了各因素与桩土应力比的关系。结果表明：网上、下桩土应力比均随路堤填土内摩擦角的增加先增大后减小,随桩体压缩模量、路堤填土压缩模量的增加而增大,随桩间土压缩模量、桩间距的增加而减小,且网下桩土应力比大于网上桩土应力比;网上桩土应力比随土工格栅抗拉强度的增加而减小,网下桩土应力比随土工格栅抗拉强度的增加而增大,网上、下桩土应力比差随土工格栅抗拉强度、路堤填土重度和填土高度的增加而增大。桩土应力比和桩土差异沉降理论计算值与工程实例实测值对应较好。     

土工格栅加筋碎石垫层工作性状研究

褥垫层技术是竖向增强体复合地基的关键技术之一。为揭示碎石垫层与加筋碎石垫层的工作特性,本文采用大比例模型试验,研究了土工格栅对碎石垫层刚度的影响,并采用FLAC3D对模型试验进行了数值模拟,分析了碎石垫层和加筋碎石垫层的竖向应力场、竖向位移场随荷载增加的变化规律。研究表明：在相同荷载作用下,加筋碎石垫层的沉降明显小于碎石垫层的沉降;加筋碎石垫层的竖向应力增量及其影响范围、沉降影响范围及沉降量均比碎石垫层的小,并且加筋碎石垫层的应力核心区和零位移区的范围也有所减小。     

梅花形布桩GRPS复合地基性状分析

通过对桩网复合地基的加固机理进行分析,基于单桩等效处理范围内堤身土体受力平衡,采用改进的Hewlett极限状态空间土拱效应分析方法,求得了梅花形布桩情况下桩体和桩间土受力计算的解析表达式;通过对加筋体拉膜效应的分析,基于桩间土范围内加筋体受力平衡,求得桩土相对最大沉降,进而求得加筋体的变形形态函数和加筋体拉力解析式。当土拱进入塑性状态后,加筋体可明显提高桩体受力能力,降低桩间土压力,从而减小桩间土的沉降。分析计算结果表明,通过加筋作用,可以提高桩土应力比,减小桩间土沉降。