高速铁路桩网复合地基桩端下刺机理研究

桩的下刺变形是桩网复合地基沉降来源之一,其特性是高速铁路地基处理研究的重要内容。本文从理论上分析了桩网复合地基桩端下刺机理,运用有限元软件ABAQUS对影响桩端下刺量的各种因素进行了计算分析,发现影响桩端下刺量的主要因素是路堤填土变形模量,桩径、加固区土体变形模量,桩端土体变形模量、黏聚力、内摩擦角和桩顶荷载。在此基础上运用MATLAB自带的数理统计工具箱对影响桩端下刺量的主要因素进行了参数回归分析,并给出一种桩端下刺量的计算公式。     

单侧反包式加筋土路堤准黏聚力原理的合理性

以单侧反包式加筋土路堤为研究对象,基于塑性极限分析上限法并引入土体剪切强度折减系数,考虑拉筋拉断和拔出2种破坏模式,给出了路堤边坡稳定性分析方法,并推导了相关计算公式。在此基础上给出了基于路堤稳定性加筋土等效为纯土体时的准黏聚力计算方法,并采用工程实例分析拉筋极限拉力、拉筋竖向间距、填土内摩擦角、拉筋长度、路堤高度及顶面荷载对准黏聚力的影响。结果表明:拉筋极限拉力、拉筋长度、拉筋间距、填土内摩擦角对准黏聚力的影响相对较大;传统方法与本文方法得到的准黏聚力计算值之比往往大于2;传统方法确定的准黏聚力值易过高估计路堤边坡的稳定性,一般不宜用于路堤边坡稳定性分析。     

碎石桩与抗滑桩联合加固斜坡软弱地基路堤的工作机理分析

为进一步明确碎石桩与抗滑桩联合加固斜坡软弱地基路堤的工作机理,本文建立无加固措施、碎石桩加固、抗滑桩加固及碎石桩与抗滑桩联合加固斜坡软弱地基路堤的FLAC3D数值分析模型,研究4种工况土体的水平位移、竖向沉降及抗滑桩桩身内力与变形。结合正交设计方法,探讨斜坡软弱层土体重度、黏聚力和内摩擦角对抗滑桩桩身最大弯矩的影响权重排序。碎石桩、抗滑桩加固斜坡软弱地基分别可以明显约束竖向沉降、水平位移,而碎石桩与抗滑桩联合加固能同时削减竖向沉降及水平位移。碎石桩加固斜坡软弱地基,潜在滑动面一定程度上移;联合加固时抗滑桩桩身内力及变形较直接进行抗滑桩加固有较大幅度衰减,斜坡软弱层土体内摩擦角的变化对抗滑桩桩身最大弯矩的影响远大于黏聚力与重度变化。所获结论有益于碎石桩与抗滑桩联合加固斜坡软弱地基路堤时抗滑桩设计技术改善。     

基于Mohr-Coulomb理论的路堤临界填筑高度确定方法EI北大核心

研究目的:同时考虑地基土的内摩擦角与黏聚力,对软土地基上的路堤填筑临界高度计算方法基于摩尔库仑理论进行探讨,并与传统的费兰纽斯公式、经验公式等做对比分析,找出他们的不足之处。本文拟从两方面着手进行分析,找出理论公式。研究结论:确定路堤临界填筑高度时:(1)应该同时考虑地基土的内摩擦角与黏聚力,计算结果才能更加可信;(2)通过计算分析,设计临界高度并不是由填筑临界高度简单地适当降低2～3 m,也不能简单地直接按填筑临界高度来设计,而必须根据填筑高度、坡率、列车荷载以及地基参数通过稳定性分析来确定,否则会造成较为保守的设计;(3)以往的方法很少同时考虑土体的内摩擦角φ与黏聚力c,因此,具有一定的局限性;(4)本文同时考虑土体的内摩擦角φ与黏聚力c,推导的理论计算公式可以用于初步确定软弱地基上填方的临界高度。     

车辆荷载下黄土参数对路堤沉降变形的影响

根据车辆荷载的作用大小及形式,应用ABAQUS软件开展不同动力参数下路堤沉降规律数值分析,得到压实黄土路堤动力参数及车辆超载情况对路堤沉降变形的影响规律。研究结果表明:压实黄土动力特性指标对路堤沉降变形影响大小依次为:弹性模量、泊松比和阻尼比;在强度指标中,内摩擦角对路堤沉降变形影响不敏感,而黏聚力较敏感;超载条件下,随着车辆荷载的增加,路堤沉降近似线性增加;路堤在行车荷载长期反复作用下,干密度对路堤沉降变形影响的最敏感,其次是含水率,固结压力对路堤沉降变形的影响相对较小。     

长短桩复合地基作用机理及敏感性分析

采用灰色关联分析方法,结合银西铁路甘宁段,研究了褥垫层厚度、填土高度和土工格栅层数对复合地基受力和沉降的影响程度。选取6个方案的计算结果作为模拟数据案例,以此研究长短桩复合地基在不同褥垫层厚度、填土高度和土工格栅层数作用下的受力特性和沉降规律。结果表明:三个因素对复合地基桩土应力比按影响程度大小排序依次为:填筑高度格栅层数褥垫层厚度。路堤填土高度对复合地基受力和沉降变形影响最大,在实际工程中应该适当调节路堤填土高度。     

基于Hewlett方法的桩网复合地基土拱效应优化算法

桩网复合地基填土性质与土拱效应发挥程度直接相关,而传统土拱模型并不能有效反映填土黏聚力对桩土应力计算结果的影响。在Hewlett极限状态空间土拱效应分析基础上,采用填土综合内摩擦角指标完成空间土拱拱顶及拱脚位置处单元土体应力极限状态分析,考虑桩间土应力非均匀分布与被动土压力发挥程度的影响,得到桩网复合地基桩体荷载分担比解析表达式。研究结果表明:填土黏聚力显著提高路基填土土拱效应,复合地基设计应考虑填土黏聚力的有利影响;桩间土应力并非均匀分布,通过非均匀分布系数折减后,可有效提高弹性工作状态的桩体荷载分担计算结果;考虑被动土压力发挥程度的计算结果并不合理,应分别由桩顶和拱脚土体应力极限状态确定对应的桩体荷载分担比,取较小值为最终桩体荷载分担比结果。     

桩承地基路堤土拱效应的影响因素分析

基于桩承地基路堤荷载的室内模型试验,采用ABAQUS对桩承地基路堤土拱效应的影响因素进行了分析。具体分析了桩帽大小、桩间土性质、水平加筋体、路堤填土性质等因素对土拱效应的影响规律。数值分析表明:①桩帽大小对土拱效应的发挥有很大程度上的影响。②桩间土模量越大,土拱效应越强,反之越弱。③水平加筋体的强度及层数越多,土拱效应越强,但随着水平加筋体的强度及层数的增加,土拱效应的增幅越来越小。④路堤填土的黏聚力与摩擦角越大,土拱效应越强。     

基于FLAC~(3D)路基边坡安全系数影响因素分析

采用FLAC~(3D)软件,建立路基边坡三维数值模型,基于强度折减法对边坡的稳定性进行数值模拟,研究土的黏聚力和内摩擦角对路基边坡稳定性影响。研究结果表明:随着黏聚力或内摩擦角的增加,路基边坡安全系数均线性增加,塑性变形区域逐渐减小。     

岩体结构控制下的边坡稳定性多因素敏感性分析

结合某水库边坡工程,根据坝址区主要Ⅱ级结构面的发育特征,通过地质分析表明对岩质边坡稳定性起控制作用的两个结构面是断层F11和断层带F6,7,8。基于正交试验设计理论建立了坝肩边坡稳定性的多因素敏感性分析模型,对影响该岩质边坡稳定性的基本因素,断层F11与F6,7,8的黏聚力和内摩擦角进行了研究。结果表明,断层F11的内摩擦角对边坡稳定性影响最为显著,其次为断层带F6,7,8的内摩擦角;而断层F11的黏聚力和断层带F6,7,8的黏聚力对边坡稳定性影响较小。     

电气化改造工程接触网基础冻结强度试验研究

研究目的:为保证格拉段电气化改造工程接触网基础的正常工作和长期稳定，需重点研究接触网基础与冻土的冻结强度及其影响因素。本文采用大型应力控制式剪切仪开展多种温度和含水率条件下冻结粉土与混凝土接触面的直剪试验研究。研究结论:(1)接触面剪切应力-位移曲线主要分为弹性变形、塑性变形和滑动破坏三个阶段；(2)接触面抗剪强度与法向应力呈正比，与冻结温度呈反比；(3)当试样含水率低于饱和含水率时，随着含水率的增大，接触面抗剪强度增大，超过饱和含水率时，接触面抗剪强度随含水率的增大略有减小；(4)温度越低，接触面内摩擦角越小，黏聚力越大，黏聚力对接触面冻结强度的作用越突显，接触面黏聚力随含水率的增大先增大后减小，内摩擦角随含水率的增大而减小；(5)本研究成果可为多年冻土区接触网基础的设计提供参考。     

砂卵石地层物理力学特性对盾构隧道管片内力的影响

以呼和浩特地铁穿越的典型砂卵石地层为例,选取6个地层物理力学参数作为影响因素,采用单因素变量法,分析各因素对管片内力的影响,并通过敏感性系数判断管片内力对各因素的敏感程度。结果表明:管片内力随重度增大而增大;黏聚力、垂直基床系数对管片内力影响不显著;轴力随内摩擦角增大而减小,弯矩随之增大而增大;轴力随静止侧压力系数、水平基床系数增大而增大,弯矩随之增大而减小;偏心距随重度、静止侧压力系数、水平基床系数增大而减小,随黏聚力、内摩擦角增大而增大,但受垂直基床系数影响不大;管片内力对各因素的敏感程度排序为水平基床系数静止侧压力系数内摩擦角重度黏聚力垂直基床系数。     

沟槽式高填黄土明洞洞顶垂直土压力统一计算方法

针对明洞洞顶垂直土压力计算公式的不足,综合考虑大、小边坡坡角,推导沟槽式高填黄土明洞洞顶垂直土压力统一计算公式。采用荷载等效方法,将数值计算的明洞顶土压力的抛物线型分布荷载转化为均布荷载,与统一公式计算得到的均布荷载进行对比,验证统一计算方法的正确性。取20°的小坡角沟槽,利用统一计算方法研究填料性质、明洞与沟槽宽度比等参数的敏感性对土压力的影响。结果表明:小坡角沟槽情况下,填土内摩擦角、黏聚力以及沟槽与明洞宽度比对明洞洞顶土压力基本无影响;填土模量增大可以减小土体压缩相对变形量,减轻明洞洞顶应力集中现象。因此,在实际小坡角沟槽明洞工程中,应尽量提高土体压实度,减小明洞结构受力。     

路堤下桩承式水平加筋复合地基桩土应力比分析

桩承式水平加筋复合地基是"水平向增强体+竖直向增强体"的联合复合地基.计算路堤下复合地基桩土应力比的方法与刚性基础下的复合地基不同.路提由填土等散体材料组成,路堤下复合地基桩与桩间土之间的沉陷不一致,导致填土内部出现相对垂直位移,应力状态发生变化.由于复合地基桩土应力比发生变化及水平向增强体的提拉作用,可将大部分路堤荷载转移到桩体上,从而减小桩间土上部的压力,并使得路堤顶面的差异沉降减小.通过分析桩承式水平加筋复合地基及其上部填土的变形特点,推导出求解加筋垫层上、下方桩顶土压力、桩问土压力及桩土应力比的计算公式并分析了不同参数对桩土应力比的影响.     

长江阶地粉质黏土相似材料配比试验研究

为确定长江阶地粉质黏土相似材料配比方案,本文研究原材料间配比关系。基于三因素三水平正交试验设计方法,以滑石粉、膨润土、石英砂和水为原料,配置基坑模型试验粉质黏土相似材料,通过剪切试验获取九组配比方案的黏聚力和内摩擦角两个物理力学指标,采用极差法和方差法分析各因素的敏感性与显著性,研究滑石粉、膨润土、石英砂以及水含量对黏聚力和内摩擦角的影响规律。结果表明:极差法与方差法分析结果具有一致性,两种方法能合理判断各因素对考察指标的敏感性与显著性;膨润土掺量虽少,但对粉质黏土的黏聚力有很大程度的影响,其次为滑石粉含量,当滑石粉含量增多时,相似材料黏聚力逐渐增大;滑石粉含量为相似材料内摩擦角的主要控制因素。试验方法和结果可为其他模型试验中土质相似材料的配比提供参考。     

深厚软土层桩-网复合地基承载性状监测分析

基于复杂海相沉积深厚软基处理情况,设置监测断面,埋设相关监测仪器,对桩-网复合地基上部路堤填土施工过程中地表沉降、深部分层沉降、桩土应力、孔隙水压力、土工格栅伸长量等的变化进行观测分析研究。在加载初始阶段,桩间土应力和桩顶土应力都有一个快速升高的历程,但桩间土应力增大的速率要小于桩顶土应力;在一定填土高度时,极值出现于桩间土,随之产生的"土拱效应"会使两桩中心处的土应力大于四桩中心处的土应力值;孔隙水压力随填土高度的增加上升得并不明显,荷载的变化对浅部孔隙水压力的影响较大,对深部的孔隙水压力影响则较小;地基分层沉降的速率与路堤填土的速率呈正相关,沉降量的大小与地层深度和地层特征有关;随着填土高度的增加,土工格栅的拉伸位移量亦增加,且桩间土处的土工格栅的拉伸率及所承受的拉力均要大于桩顶处。     

基于塑性变形理论的圆形抗滑桩边坡稳定性分析

圆形截面抗滑桩广泛应用于边坡加固和地质灾害治理工程中,传统的圆形截面抗滑桩理论和经验计算公式未考虑土-拱效应,因此计算结果不合理。本文基于Ito塑性变形理论,考虑桩-土相互作用的土-拱效应,推导出圆形截面抗滑桩在考虑土-拱效应时计入桩土摩擦力的水平分布力计算公式以及边坡稳定性系数F_s;并结合工程算例,讨论了土体重度、黏聚力、内摩擦角和桩间距对边坡稳定性的影响,研究结果表明:(1)通过推导的水平分布力公式,可得圆形截面抗滑桩的布桩位置对桩身抗力和边坡稳定性系数的影响,边坡稳定性系数在抗滑桩距离坡脚约为0.5L时最大,0.4~0.6L时处于稳定状态;(2)黏聚力和内摩擦角对边坡稳定性起着决定性的影响因素,土体的重度对边坡稳定性的影响并不明显,当桩身距离坡脚0.5L时,边坡土体的重度对边坡稳定性影响更加明显;(3)在考虑边坡稳定性和工程造价的条件下,采取2~2.5倍桩径距离进行布桩可以达到良好的工程效果。     

地下水位上升对边坡稳定性影响的拟静力分析

利用有限元模型分析了不同影响因素(坡角、黏聚力、内摩擦角、地下水位高度、设计峰值加速度)对边坡稳定性影响的显著性,并研究了地下水位变化对边坡稳定性和变形的影响规律。结果表明:内摩擦角对边坡稳定性影响最大,其次为设计峰值加速度、坡角、黏聚力、地下水位高度。地下水位的变化可使边坡安全系数降低15%,因此地下水的影响不容忽略。当水位达到较高位置(地下水位高度达22 m)时,水平最大位移比无水时增加58.33%。随着地下水位的升高边坡的最大水平位移开始表现出边坡后缘下挫并逐步向前缘扩展的趋势,使得边坡的变形最大值由边坡的最高处开始向坡脚处转移。当地下水位升高一定高度时,边坡的最大水平位移会出现一个突变,位移最大区域向边坡内部扩展,说明地下水的影响使得边坡滑动面向边坡内部延伸,其滑动规模增大,这可作为边坡滑坡预测的重要指标。     

碎石土地基承载力试验研究

通过现场直剪试验、重型动力触探试验和深层平板栽荷试验,探讨了三峡库区猴子石滑坡体上碎石土地基未浸水和浸水时地基承载力.结果表明:浸水后碎石土黏聚力幅度下降较大,离散性大;内摩擦角变化相对比较稳定,且降幅不大.内摩擦角衰减系数η(4)主要分布在0.78～1.0之间;黏聚力的衰减系数ηc分布在0.4～0.8之间.平板载荷试...     

武广高铁武汉综合试验段软土复合地基沉降分析

研究目的:不良地质环境条件下路基工后沉降的控制是高速铁路设计中的关键问题,过大的路基工后沉降会对高速铁路的运营产生不良影响。本文以武广高速铁路武汉综合试验段为例,运用有限元法对软土段采用CFG桩复合地基处理后的沉降特征进行研究。研究结论:(1)随着路堤填筑高度的逐渐增加,路堤高度越大其沉降量越大,复合地基CFG桩端沉降量随距路堤中心距离增加而减小,且在路堤顶面宽度以外快速衰减;(2)CFG桩与填土应力比随路堤填筑高度的增加而减小,桩土所承担的荷载分布更加均匀,桩土应力比随距路堤中心的距离增大而增大,路堤中心处桩土受力更均匀;(3)孔隙水压力随填筑高度增加而迅速增长,加载完成后便开始逐渐消散,路堤填土一年后,路堤中心处的孔压基本扩散均匀,约为38 kPa;(4)该研究成果可为高速铁路软土复合地基沉降控制提供参考。