桩—网结构路基设计理论及离心模型试验研究

结合土质路基上修建的无碴轨道工程实例,从荷载组合、加筋垫层设计及沉降计算等方面,探讨了桩—网结构路基设计理论,并考虑在列车荷载作用下桩、网、土三者之间相互作用的复杂性,对桩—网结构进行离心模型试验研究,试验结果表明,通车运营3年时间路基面最终累积沉降为12.5 mm。     

基于分段荷载传递法的桩网路堤结构荷载效应整体分析模型

为了系统分析桩网支撑路堤结构的荷载传递效应,首先基于单元分析模型和Marston埋管理论,考虑到路基荷载应力重分布时竖向应力水平和界面剪切强度发挥的影响,采用分段平衡控制方程结合边界位移协调的方法,建立了路基荷载传递分析的分段解析模型;在此基础上,考虑垫层加筋的张拉膜效应影响,结合复合地基桩土相互作用的简化分段分析,根据应力、位移连续性条件,建立路基–加筋(网)垫层–刚性桩复合地基联合作用的桩网支撑路堤结构荷载效应整体计算模型并给出求解方法,明确了桩、土间的荷载分担。通过与工程实测结果的对比,验证了该计算模型的可靠性,并算例分析了路基模型界面剪切强度发挥、筋材兜提效应和垫层材料性能等因素的影响规律,可为桩网支撑路堤结构荷载传递机制的研究提供参考。     

桩-网复合地基在工程中的应用

提出了将CFG桩和土工格栅加筋垫层联合应用的桩-网结构复合地基,结合工程实例,通过现场原位试验,证明这种复合地基的应用价值。     

CFG桩—网复合地基承载特性与稳定性现场试验研究

CFG桩-网复合地基是目前加固软弱地基的一种较为常用的方法。根据新建时速350 km/h武广客运专线铁路无砟轨道典型的软黏土地基的现场工程特性,在路基施工过程中使用静土压力盒、位移计和沉降计对复合地基进行应力、变形和沉降分析。测试数据表明：桩顶和桩间土的应力分布随时间的变化呈一定比例关系。加筋垫层的作用相当明显,能有效控制横向的变形和提高整体稳定性。上部荷载通过加筋垫层的作用,将应力重新调整分配到桩和桩间土上,二者共同受力下有效地控制地基的沉降和变形。     

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。     

防岩溶塌陷加筋垫层大比例模型试验及设计理论研究

 采用多层加筋垫层防治路基下部岩溶塌陷可降低工程造价、确保运营安全,其承载机制和设计方法仍有待深入研究。设计1∶5的大比例室内模型试验,通过实测塌陷过程中单层、三层及四层土工格栅加筋垫层应力–应变及变形量,分析路基中各层加筋体的变形特征,土拱效应与各层荷载分担比例,以及路基顶面沉降和底层加筋体挠度间的相关关系,结合测试成果,探讨多层加筋垫层设计中的关键问题及相关计算理论,试验结果与数据分析表明：采用多层加筋时,路基土拱拱脚将上移至顶层加筋体附近,出现“双层土拱效应”现象;多层加筋垫层中顶层加筋体所分担的荷载最大,而底层加筋体所承担的荷载较小,各层格栅荷载分布不均匀;路基顶面沉降变形与底层挠度间关系可采用不计入剪胀特性的方法简化计算;底层加筋体挠度控制路基表面的沉降发展,而顶层加筋体由于荷载分担比例较大,对承载力起控制作用。在试验成果基础上提出多层加筋垫层的设计流程,并进行工程实例分析,可供实际工程参考。     

桩-网复合地基的桩土应力比影响因素分析

桩-网复合地基是桩、网、土三者协同作用共同承担荷载的一种地基处理形式,具有桩体、垫层、排水、加筋、防护等多种功能。结合工程中对桩土应力比的实测数据,探讨了桩土应力比随桩间距、网材性质、桩长、荷载以及桩土性质等各个主要因素的基本变化规律。     

基于差异沉降的桩承加筋路堤优化设计

针对差异沉降的桩承加筋路堤处理问题,运用数值模拟方法并充分考虑加筋垫层的厚度和刚度问题,优化薄膜计算理论,建立目标函数对差异沉降进行分析。研究发现,垫层厚度的增加、合理的选用加筋垫层及恰当的布桩形式均能减小差异性沉降。并结合高某高速工程对加筋路堤进行优化设计。     

多层加筋垫层刚性桩网复合地基的承载特性

为研究多层加筋垫层刚性桩网复合地基的承载特性,将设置有多层土工格栅的加筋垫层视为大挠度薄板进行分析,运用层合板理论,模拟多层土工格栅与碎石垫层之间的相互作用,建立加筋垫层抗弯刚度矩阵的计算方法。考虑刚性桩网复合地基的三维应力和位移边界条件,根据静力平衡条件,建立加筋垫层应力函数和挠度微分控制方程,并利用伽辽金方法进行求解。在此基础上,利用Winkler地基梁理论和大挠度薄板理论对桩土应力比和格栅拉力进行计算。最后,运用实际工程对计算方法进行验证,并综合分析格栅总层数、铺设间隔和位置等因素对桩土应力比及格栅拉力的影响。研究结果表明:理论计算结果与实测结果较为吻合;随着格栅总层数的增大,桩土应力比增大而格栅拉力降低,铺设2～3层格栅效率最高;随着铺设格栅间隔和底层格栅距桩帽距离的增大,桩土应力比降低,而格栅拉力增大。     

桩承土工合成材料加筋垫层复合地基承载力的计算方法

桩承土工合成材料加筋垫层复合地基是近些年发展起来的一种有效的软土地基处理方法,国内外对其受力分析方法大多是以加筋垫层中筋材的受力状况为研究对象推导的,公式中的大多参数较难获取,应用较为困难。本文提出了将桩承土工合成材料加筋垫层复合地基承载力看成水泥土桩复合地基承载力与加筋垫层增加的承载力之和的实用计算公式,并以一桩承土工格栅加筋垫层复合地基的工程应用为例进行计算分析,最后通过现场荷载试验加以检验。     

Performance of a 33m high geogrid reinforced soil embankment without concrete panel

Geosynthetic reinforced soil embankment are extensively applied in the construction of high-speed railway and highway in mountainous regions but limited field monitoring is conducted on high and steep cases. Aiming to acquire better understanding, a 33-m-high single-tiered wrapped-facing geogrid reinforced soil embankment with the slope of 1 V:0.5H in China was monitored for 2 years during and after construction. Vertical earth pressure, strain of geogrids, horizontal displacement and settlement per layer were recorded and analysed. The results show that the geogrid tensile strains gradually increased during construction. And they were still developing after completion due to creep and subsequent vehicle surcharge load. The predictions of reinforcement loads by the FHWA methods were much higher than the estimated ones from measured strains. The vertical earth pressures linearly grew during construction and then stabilized fast. The horizontal displacement increases with height and the largest value achieved around the top of the slope two years after the construction is 0.14% the total height approximately. The settlement per layer is larger in the lower and middle portion of the embankment and no obvious change is observed over time. This study hopes to serve as a case reference for design and construction of similar reinforcement projects in the future.     

粉煤灰路堤加筋有限元分析与试验研究

利用有限元分析软件进行数值模拟计算和室内小比例尺模型试验,在静力分步加载条件下研究了边坡坡比1∶1.5、双向土工格栅以及四种加筋层数:零层、一层、三层、四层,模拟路堤在加筋与不加筋情况下的性能;通过改变加筋层数N和加筋层顶面距基础底面距离h二个参数,研究了加筋路堤性能变化的效果,提出了对于路堤最佳加筋方案。依据计算和试验所得结果,讨论了加筋体结构对路堤稳定性的影响。     

土工格栅加筋路堤的机理分析

论述了土工格栅的性能,分析了土工格栅加筋路堤中筋材与土的相互作用,并介绍了土工格栅加筋机理的理论依据和试验分析,指出土工格栅是一种良好的路用加筋材料,其加筋路堤的作用主要通过土工格栅筋材的拉力激发来实现。     

高填方加筋新旧路堤现场试验与数值模拟分析

 结合山区高速公路拓宽工程,对土工格室处治高填方新旧路堤进行现场试验,分析加宽高填方路堤侧向位移、沉降及土压力变化规律,研究格室处治效果。在现场试验的基础上,采用三维薄膜单元模拟土工格室的立体加筋性能,建立三维弹塑性模型,分析土工格室受力特点,通过对相关参数的敏感性分析,揭示高填方加宽路堤的变形规律。结果表明,采用三维薄膜单元,能较好地反映土工格室处治现场高填方新旧路堤的规律。与现场试验相比,利用数值试验不仅能得到现场的加筋效果,而且还能通过分析筋材与填料参数的变化和筋材铺设间距来研究格室处治高填方路堤的规律,从而可进一步探讨格室加筋的机制。高填方路堤在加宽路基自重荷载作用下沉降主要集中在加宽路堤的中上部,侧向位移从路基顶面到底部依次逐渐减少。土工格室所在层位起到扩散荷载、减少侧向变形和不均匀沉降的作用。填料与筋材模量愈高,加筋间距愈小,加筋效果愈好,较为合理的铺设间距为2～3 m。该研究成果对高填方路堤加筋处理和新旧路基结合部处理均有借鉴意义。     

加筋土挡墙拉筋轴向应力分布规律研究

基于剪力滞模型基本原理对加筋土挡墙筋土作用机理进行了研究。根据拉筋轴向应力是由拉筋周围土体发生剪切位移而产生,紧邻拉筋周围土体仅受剪应力作用的假定,将加筋体单元中土体分为内、外两层,建立了拉筋轴向受力平衡方程,推导出了加筋土挡墙拉筋轴向应力特解。理论分析表明,加筋土挡墙中拉筋轴向应力沿拉筋长度L呈非线性分布,且在x≤L/2时出现一个峰值;当水平拉筋沿筋长方向出现凹陷或凸起时,在该位置将产生拉力峰值。该研究成果合理解释了加筋土挡墙中拉筋轴向应力出现多个峰值以及越靠近墙底部潜在破裂面位置越接近墙面板的原因。     

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。     

土工格栅加筋陡边坡变形及稳定性分析

通过数值模拟的手段建立了采用土工格栅加筋土高陡路堤模型,分析了土工格栅加筋高陡路堤边坡的变形特性及稳定性,指出经土工格栅加筋后的高陡边坡稳定性得到极大地提高,可以满足路堤边坡稳定性的设计要求。     

加筋路堤边坡稳定非线性有限元分析方法探讨

针对极限平衡理论方法难以合理分析复杂结构边坡的事实,本文在非线性有限元方法的基础上,考虑了加筋路堤边坡内不同材料单元形式的本构模型,并在土．织物之间设置接触面单元,以模拟在接触面上可能产生的错动滑移。利用强度折减法进行稳定分析,为保证有限元迭代计算的收敛,引入弧长控制法自动调整土体强度参数的折减量,以求得精确的安全系数值。最后通过一路堤工程的计算分析,表明加筋后不仅可以改善坡内的应力分布,提高安全系数,而且使得最危险滑弧的形状大小及位置都发生改变,提高了整体稳定性,从而验证了本文方法分析加筋土坡的可行性。     

Comparative studies of design and construction of a steep reinforced embankment

The design of steep reinforced embankments using high tensile polymer grids has to be formulated making several assumptions. The present paper deals with laboratory tests and instrumented embankments constructed to investigate the validity of the assumptions made. Laboratory tests were conducted using a soil container with one layer of grid. Test results obtained from two kinds of grid condition were found to be in agreement with the proposed design method based on ‘tie-back-wedge-analysis’. A vertical faced embankment and an embankment with a sloping face were constructed using horizontal layers of grid reinforcement. Measurements of the tensions in targets were were found to be considerably less than those predicted by the design method. These studies reveal that the reinforcing effect is greater than that assumed in the design since the fill material is integrated with polymer grids laid in the embankment. It is suggested that such an integration effect should be incorporated in future design methods.     

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％。