土拱效应的研究进展和展望

土拱效应是桩承式加筋路堤中的重要问题,对充分发挥桩的承载能力起到了决定性的作用。为更好地开展相关的研究,文章介绍了土拱效应部分现有的理论研究、数值模拟以及模型实验,提出了目前尚未解决的问题,并讨论了解决方法。     

组合桩土拱效应的试验模型分析

通过试验模型分析了砂质粘土的桩间距、含水率等因素对土拱效应的影响,结果表明：含水率为15．2％～30．7％的粘土中。4倍-6倍桩宽为合理桩间距范围,桩顶位移随桩间距的增大而增大。     

考虑土拱效应的圆形抗滑桩滑坡推力的计算

抗滑桩是土质边坡滑坡防护和治理的一种重要手段,抗滑桩上滑坡推力是桩截面和配筋设计的重要依据。目前国内外广泛采用的抗滑桩滑坡推力计算式是由Ito基于塑性变形提出的。土拱效应是抗滑桩与桩间土体由于相对滑移而发挥剪切力产生的,对滑坡推力的大小有重要影响。通过考虑土拱效应,结合Ito塑性变形思想,提出滑坡作用在抗滑桩上水平推力的新计算式,采用该式确定滑坡推力。与Ito原文算例中的计算值和实测结果进行比较表明:推荐式的计算结果更符合实测结果。     

考虑土拱效应的斜插式桩板墙合理板间距研究

结合高速公路边坡实际工程,采用ABAQUS有限元软件进行三维数值模拟分析; 从考虑板间土拱效应的角度出发,研究了0.2倍板宽、0.3倍板宽、0.4倍板宽、0.5倍板宽4组不同板间距下斜插式桩板墙的板后水平土压力、板后竖向土压力以及板间土拱强度沿横向的变化规律,并结合结构实用性和安全性,提出了斜插式桩板墙的合理板间距取值范围、板间土拱的拱脚位置以及拱顶参数关系。结果表明:斜插式桩板墙在悬臂段中下部相邻板间以板底作为拱脚形成板间竖向土拱,且板后土压力随深度表现为锯齿状分布,水平土压力小于经典库仑主动土压力,竖向应力大于土体自重应力; 板间土拱的拱脚位于斜插板板底,在设计施工时应进行局部加强以提高设计强度; 当板间距取0.3倍～0.4倍板宽时,板间土拱效应明显,板后土压力较小,建议斜插式桩板墙合理的板间距取值为0.3倍～0.4倍板宽; 所得结论有助于斜插式桩板墙结构的进一步优化设计,并产生显著的经济效益和社会效益。     

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...     

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。     

土拱效应理论研究现状及其进展

土拱效应是广泛存在的自然现象,是由于介质的不均匀位移导致土体表现出一种特有的空间效应.土拱效应是造成支护结构所受土压力与库伦理论、郎肯土压力理论的计算结果有一定差异的一个重要原因.虽然已经研究了100多年,但是土拱效应仍然还存在许多值得讨论的问题.本文从土拱理论研究的现状出发,将土拱问题从土拱存在的条件、基于土拱效应的...     

边坡开挖条件下锚索应力与变形特征分析

以某工程边坡为例,通过现场试验及岩土工程勘察方法,得到了各类地质参数和地质力学模型,然后结合现场锚索张拉试验成果对锚索及边坡边界条件进行数值模拟反算,讨论锚索应力及变形演化规律。结果表明：注浆体与岩体接触面的剪切应力在锚固段近端顶部附近达到最大值,然后向远端逐渐变小,在1.5m附近变为零,其变化具有窄闭型抛物线特征,数值试验结果比理论弹性解要小。     

锚固系统应力传递机理理论及应用研究

以岩土工程锚固力学传递机理理论及应用为课题，通过理论分析、实验室模拟分析、数值计算分析以及现场实测分析等多方面进行深入地研究和探讨，取得了一系列有意义的研究成果：(1)根据锚固系统的受力特征，采用岩土体-锚固体共同变形原理，获得全长粘结式锚杆以及集中拉力型、分散拉力型、集中压力型和分散压力型等各种类型的预应力锚索锚固段应力分布的理论解，并讨论了其受力特征、应力分布规律、因素及其各自的适用条件；(2)通过实验室研究，验证了锚固体与岩土体界面上的破坏是锚固系统失效的主要形式。同时发现锚固力的大小不但与目前公认的几种因素有关，而且与锚固灌浆材料的组构有密切的关系，提出了新的提高锚固力的途径。采用实验研究的方法，探讨了锚固体界面力学特征、在荷载作用下变形规律以及界面上的应力分布规律。根据锚固体的力学效应，将锚固界面上的力学行为分为弹性、滑移和脱粘3种状态；(3)根据实验室研究结果，首次提出锚固界面力学理论，应用Coulomb非关联的流动法则，建立了锚固体界面上滑移状态的力学模型，并导出相对应的本构关系，从而获得界面上各种状态的应力分布规律的理论解；(4)根据锚固力学特征实验分析，建立了具有特色的锚固体界面力学有限元计算分析模型，通过分析计算并与理论研究成果、实验结果相验证，获得了一致性的结论。同时，采用有限元模型模拟技术，获得锚固系统随荷载增加应力分布的演化规律。(5)利用全长粘结式锚杆群取代反力桩进行静载试桩试验，获得大量的现场实测数据，分析研究表明：实测数据与理论分析是一致的，进一步验证了本文所得的研究成果的可靠性。岩土工程锚固理论是锚固技术应用与发展的重要组成部分，本文所获得的研究成果将为锚固理论分析、锚固设计和计算提供可靠的理论依据。     

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.     

斜坡地基上高填方加筋路堤变形应力特征研究

主要以西南地区某高速公路高填方红层填筑路基为研究对象,通过对填料进行击实试验、拉拔试验和静力三轴试验,对填料的基本物理力学性能进行研究,获取填料力学参数并采取合理的本构关系,采用FLAC3D模拟路基在加筋与未加筋状态下变形、应力特征。结果表明:加筋有效抑制了路基的竖向位移、水平位移,控制了路面差异沉降值;减小了土体水平应力、垂直应力,使土体抵抗变形和拉裂的能力得到增强;提高了滑坡的稳定性系数,增强了路基的稳定性。     

基于土拱耦合效应的合理桩间距分析

桩间距是抗滑桩设计的重要参数之一,目前都是在土拱效应的基础上建立的,但由于对土拱内力特征以及土拱的相互作用机理认识不清,在确定最不利截面和控制条件时不严格,所得桩间距不准确。在相邻土拱耦合机理分析的基础上,根据材料力学得到拱脚三角形受压区的应力状态;以三角形受压区强度作为控制条件,利用摩尔-库伦强度准则建立桩间距下限的表达式;以土拱效应消失确定桩间距的上限值,继而探讨了桩间距的合理取值。最后以工程实例对桩间距进行了计算,并得到了较为合理的计算结果。桩间距计算公式能正确反映岩土体和抗滑桩设计参数的影响,与实际情况比较吻合,可直接应用于抗滑桩工程的设计。     

基于Hewlett土拱模型桩承式加筋路堤桩土应力比计算

桩土应力比是桩承式加筋路堤荷载传递以及地基沉降计算的重要参数.基于Hewlett土拱模型,单独分析拱顶或拱脚土单元,假设拱顶土单元处于极限状态(拱脚土单元处于弹塑性状态),以均匀超载模拟交通荷载,推导桩土应力比计算公式;基于抛物线模型,考虑筋-土界面摩擦以及地基反力,改进张拉膜效应分析方法,推导加筋条件下桩土应力比计算...     

基于土拱效应的刚性挡墙墙后主动土压力

考虑平移模式下刚性挡土墙墙后填土中的土拱效应,采用中心圆弧拱迹线法得到了不同填土内摩擦角和墙土摩擦条件下,挡土墙的滑裂面倾角和侧向主动土压力系数。在此基础上,采用水平微分层法求解得到了作用在挡土墙上的主动土压力、主动土压力合力及其作用点的解析式。与前人理论研究成果及试验监测结果的对比分析表明：本文理论得到的平移模式下刚性挡墙墙后主动土压力合力略小于Paik和应宏伟计算结果,大于章瑞文计算值;土压力合力作用点高于Paik理论解和应宏伟计算结果;侧向主动土压力系数与Paik理论解和应宏伟理论解基本相等。相较于其它方法,本文理论得到的刚性挡墙墙后主动土压力分布与模型试验结果吻合得更好。     

复合地基土拱效应与桩土应力比研究

现场试验表明,在填土荷载作用下,桩体复合地基中桩与桩间土之间产生差异沉降,引起其上填土不均匀位移并调动自身强度以抵抗荷载而自然形成土拱。土拱将其上填土荷载传递至桩体,土拱下土体不承担拱上填土荷载,从而使复合地基承载力提高、沉降减小。在顶面水平的填土荷载作用下,填土中土拱由拱脚支承在相邻桩桩顶的主拱与搭接于主拱上的次拱组成,拱轴线均为悬链线。通过对主、次拱的静力平衡分析得出主拱轴向应力的计算公式,根据主拱拱脚处应力达到极限平衡状态的条件求得主、次拱的拱高及主拱对桩顶的压应力,由此导出复合地基桩土应力比计算公式。计算公式经工程实例验证,可用于复合地基设计。     

谈桩承式路堤中土拱效应的研究现状

桩承式路堤具有稳定性好、经济效益高等特点,在国内外的实际工程中得到越来越广泛的应用。当桩承式路堤中的桩及桩帽作用于软土层时,桩间会形成土拱,因此桩承式路堤的设计必须考虑到土拱效应的作用。从理论研究、试验研究、数值模拟角度出发,对前人基于桩承式路堤中土拱效应的研究成果进行总结,提出研究展望,为今后土拱效应的研究提供参考。     

非线性节理模型对应力波传播影响的数值分析

 为验证离散元软件UDEC模拟P波在含有一组非线性节理岩体中传播的有效性,采用UDEC中内置的非线性节理模型计算2个算例,并与已有的理论结果进行对比,吻合较好。其次,从角度和间距2个方面讨论对称交叉节理对应力波传播规律的影响。结果发现,与平行节理相比,相同角度和间距下交叉节理对应力波的衰减作用更大,夹角越大,透射系数越小,间距对透射系数的影响与平行节理有相似的趋势。最后,对P波在含有交叉节理区域的岩体中的传播规律的影响因素进行参数分析,分析的参数包括节理与应力波传播方向的夹角?,2组节理的夹角?,2组平行节理间距S1,S2以及区域宽度L等。结果表明,?与?对透射系数的影响存在区间性。交叉节理的间距对P波的传播影响与平行节理有类似的规律。此外,随着节理区域宽度的增加,透射系数大幅度减小后,减小速度变缓,采用反比例程式对结果进行拟合,结果较好。