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。     

桩承式路堤土拱效应计算方法比较

桩承式路堤土拱效应对路堤的荷载传递和沉降变形性状有重要影响,桩土应力比是评价土拱效应的重要参数.通过模型试验及现场测试对目前已有的土拱效应计算方法进行了比较.结果表明:对于平面土拱,Terzaghi方法计算结果与模型试验结果最大值比较接近,Low方法计算结果整体上与模型试验结果吻合较好;对于空间土拱,Hewlett方法及陈云敏方法计算结果与现场实测结果均比较接近;英国规范BS8006推荐方法的计算结果与模型试验及现场实测结果的差异均较大.该研究成果可为桩承式路堤设计提供有益的参考.     

桩承式路堤土拱效应三维分析

通过模型试验和有限元分析,研究桩承式路堤中填土的破坏模式.结果表明,对于填土高度与桩净间距之比H/(s-a)≤1的低路堤,填土中的破坏面为通过桩边缘的竖直面；而对于H/(s-a)≥1.5的高路堤,破坏面为位于桩顶以上的泡状曲面,可假设为对数螺旋曲面.基于模型试验和有限元分析得到的破坏模式,建立了土拱效应的三维简化分析方法,并与有限元和文献收集得到的试验数据进行了比较.结果表明,由于采用了合适的破坏面假设,该简化方法的计算结果可靠合理.     

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。     

桩承式加筋体变形与受力的理论计算方法综述

针对桩承式加筋体变形和受力的理论计算研究,从分布荷载和计算原理两个方面总结了国内外桩承式加筋体的理论计算方法,并对各种方法的特点进行了分析。分析表明,反三角形分布的荷载形式比均布载和三角形荷载更加合理;二维计算中的德国规范法相对于抛物线法和圆弧线法更能准确描述加筋体的变形,但无法反映拉力沿长度方向的变化;三维计算的薄板理论方法能够分析如土拱格栅的网格状加筋体,但不适用土工膜等膜材类加筋体。     

隧道开挖围岩土压力拱效应分析

采用弹塑性理论应力反馈算法,研发材料本构模型子程序,将土的应力路径本构模型嵌入大型有限元软件ABAQUS,通过对三轴压缩和三轴拉伸试验条件的数值模拟,验证了子程序的精度。利用二次开发后的ABAQUS对隧道开挖过程进行了三维有限元分析,从不均匀变形、应力重分配、应力路径和地表沉降规律四个方面研究了由重力引起的大主应力改变产生的土压力拱效应。研究结果表明:隧道开挖过程中,围岩土体中的应力路径变化非常复杂,并受几何位置和开挖进程影响;隧道埋深较浅时,土压力拱作用至地表,尚未完全发挥支撑作用,表现为隧道上方土体的整体沉陷变形;隧道埋深较深时,土压力拱的作用未影响至地表,充分发挥了支撑作用,表现为隧道上方土体的塌落变形;土压力拱的作用范围受隧道埋深影响不大,约为隧道半径的3倍。     

水泥搅拌桩的荷载传递规律

本文通过现场足尺试验，研究了水泥搅拌桩的荷载传递规律。结果表明，传到桩端的荷载占桩顶荷载的比例甚小。桩体的变形、轴力和侧摩阻力主要集中在０～ｌ＿ｃ（临界桩长）深度内。当外荷增大时，会使０～ｌ＿ｃ深度内桩体的变形增大，但当深度大于ｌ＿ｃ时，桩体变形、桩身轴力和侧摩阻力随外荷的增大变化均较小。水泥搅拌桩的破坏发生在浅层，破坏形式为环向拉裂或桩体压碎。在弹性范围内，桩身应力有限元计算值与实测值较一致。     

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。     

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。     

桩承式路堤土拱效应颗粒流分析

土拱效应是桩承式路堤中荷载传递机制中的关键因素。参照前人室内模型试验,采用颗粒流软件PFC2D建立离散元(DEM)数值模型,对桩承式路堤中的接触力分布、主应力偏转、竖向位移和侧向位移等进行深入分析。模拟中,路堤填料和桩间土采用Disk单元模拟,桩和模型箱采用Wall单元模拟,路堤DEM模型采用分层压实法生成;路堤填料细观参数通过建立数值双轴试验进行标定,桩间土细观参数通过建立数值压缩试验进行标定。模拟结果表明:桩承式路堤中土拱由多个不同圆心的半球形拱共同组成,拱的高度约为5(s-a)/6;在该高度内路堤中的主应力发生明显偏转,竖向位移量和侧向位移量较大。     

桩承路堤土拱效应现场试验与分析

桩承路堤在路堤自重作用下形成竖向土拱,并通过土拱传递荷载,其浅层荷载传递机制直接影响到桩土的协调工作和地基的加固效果。为研究桩承路堤中竖向土拱效应的特性,通过设置试验段进行了现场试验,对采集到的应力与变形数据进行了分析处理。研究结果表明,刚性桩支承路堤中存在明显的竖向土拱效应,且在路堤浅层采用粗粒土填料填筑有利于路堤中连续、稳定的土拱的形成,能够起到更好的加固效果。最后提出了一些合理化建议,可供设计与施工人员参考。     

Effects of Stress-Dilatancy Behavior of Soil on Load Transfer Hysteresis in Soil-Pile Interaction

This paper examines the nonlinear hysteretic characteristics of load transfer between soil and piles for random loading. First, we demonstrate that in past experiments the mobilized lateral soil resistance to piles varies with cyclic loading patterns. The soil resistance mobilized against one-sided cyclic loading is smaller than that mobilized against fully-reversed cyclic loading. We then establish that the stress-dilatancy behavior of soil causes such a loading pattern dependency, based on the mechanical property of soil elements subjected to cyclic compression-extension deformation. Finally, the hysteretic characteristics of load transfer between soil and pile associated with the stress-dilatancy effect is modeled as a function of cyclic loading pattern.     

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。     

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.     

沟埋涵洞土拱效应及涵顶垂直土压力研究

采用细观颗粒流软件PFC^2D对沟埋涵洞上方填土内土拱效应及涵顶垂直土压力进行研究。结果表明:涵洞上方填土越高,土拱效应越明显;沟槽越宽,土拱效应越弱。土拱形态为上凸形,拱脚位于两侧沟壁上,可以根据填土内竖向位移等值线是否出现椭圆形来判断填土内是否产生明显土拱效应。沟槽宽度大于7倍涵洞宽度时,涵顶垂直土压力可按上埋式涵洞土压力的方法进行计算。涵顶土压力系数随着填土高度的增加呈先增后减的变化趋势。当填土高度达到初始等沉面高度时,土压力系数达到最大值。等沉面高度随着填土高度的增加而下降,随着沟槽宽度的增加而上升。并在此基础上得出了考虑土拱效应的涵顶垂直土压力计算判别准则及计算方法。     

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。     

石灰改良土填筑边坡合理坡率的研究

石灰改良土填筑的路基,强度高、稳定性良好,与传统路基相比,坡率更大、路基土方工程量和造价更低,但石灰改良土填筑路堤结构边坡坡率的确定方法尚不明确。阐述了石灰改良土边坡强度的形成机理及微观特性,利用Geo-Slope软件建立理想边坡模型并对边坡稳定性随着边坡坡率以及边坡高度变化的规律进行了探讨,结合某省两个不同场区的边坡工程实例,总结了不同坡率和高度对工程稳定的影响并提出了合理的坡率。     

用分层积分法分析桩的荷载传递

本文讨论用分层积分法计算桩的位移、轴向压力、桩侧摩阻力、桩端阻力和其它静力受荷性能。推导出了一个运用简单积分的具体计算方法,使得较多复杂因素,象土的非线性、分层土中各层土的不同特性,土参数随深度的变化、桩砼弹性模量在不同荷载下的变化,甚至不等截面桩,都能方便地考虑和计算,为桩的正确计算提供了理论基础。文中给出了6根桩的静载试验实测结果,并同分层积分法计算值进行了比较,两者结果基本一致。     

盾构埋深对软土土拱效应影响分析

软土盾构深埋隧道竖向荷载的选取直接关系到工程的经济性与安全性。在软土地层的盾构隧道设计是否需要考虑土拱效应,关系到盾构设计的荷载取值。从应力场变化和不均匀变形的角度,分析土压力拱的作用机理,得到管-土刚度埋深对"土拱效应"的影响。软土中盾构隧道埋深越大,拱效应发挥越充分,但土拱效应比例值与埋深并非线性关系。盾构在软土2倍直径埋深及以下深部地层中开挖,土拱效应开始发挥作用。当埋深达4D时,拱效应发挥至23%。埋深范围与软土拱效应比例的对应,对软土隧道竖向荷载的取值有一定指导意义,可为后期软土不同埋深的盾构设计提供依据。