土工织物包裹碎石桩力学特性的数值模拟研究

不同于普通碎石桩，土工织物包裹碎石桩受力变形过程因涉及到碎石与织物之间的相互作用而变得更为复杂。为研究包裹碎石桩强度及变形等力学特性，采用数值方法模拟土工织物包裹碎石桩的单轴与三轴压缩试验。通过对比试验数据验证数值模型的合理性，并在此基础上，分析土工织物模量、抗拉强度和围压对包裹碎石桩力学特性的影响，揭示包裹碎石桩体变形承载及破坏机制。结果表明：包裹碎石桩体在加载早期即已进入屈服状态，当织物发生拉伸破裂后包裹碎石桩体强度随即从峰值强度迅速下降；包裹碎石桩模量随土工织物模量呈线性增长，碎石相对密实度越高其模量增长幅度也越高；包裹碎石桩单轴抗压强度随土工织物抗拉强度线性增长，增长幅度与碎石相对密实度无关；在三轴压缩状态下得到的表观黏聚力随土工织物抗拉强度线性增加，与碎石相对密实度无关；土工织物抗拉强度对包裹碎石桩体的摩擦角几乎没有影响，其对包裹碎石桩体强度的提升主要以增加表观黏聚力的形式体现；围压和土工织物对碎石桩体约束作用发挥的先后顺序将改变包裹碎石桩三轴压缩状态下的应力-应变曲线形态；数值模型无法反映碎石颗粒对包裹织物带来的刺入及磨损，因此在土工织物包裹碎石桩数值模拟中必须对织物抗拉强度进行一定程度折减，否则数值模拟结果将极大高估其抗压强度。     

刚性基础下筋箍碎石桩复合地基桩土应力比计算模型

桩土应力比是筋箍碎石桩复合地基沉降计算中最重要的参数，但由于其涉及到桩体、土体及筋材三者之间的复杂关系且影响因素众多，目前尚无明确的计算方法。基于此，根据刚性基础下筋箍碎石桩复合地基的受力变形特征，首先通过数值模型研究筋箍碎石桩复合地基桩土应力比与荷载、埋深、筋材刚度以及桩土弹性模量比的关系。根据数值模型揭示的桩土应力比变化规律，提出一个新的桩土应力比计算模型，并依据该模型在假设桩体、土体及筋材应变协调的基础上利用弹塑性分析方法推导刚性基础下筋箍碎石桩桩土应力比的解析公式；基于建立的模型及计算公式探讨桩土应力比与各主要影响因素之间的关系。研究结果表明：该解析公式基于弹塑性理论分析，但也能考虑现场桩土应力比实测值，能够综合反映桩体、土体、筋材、埋深及荷载之间的相互影响作用，并且形式简单，计算方便；刚性基础下筋箍碎石桩桩土应力比在相同荷载水平下随埋深、筋材刚度、面积置换率、桩土弹性模量比及桩体摩擦角的增大而增大，随着荷载水平的增加则会逐渐降低并趋于稳定值；在碎石桩复合地基沉降计算中不宜采取单一的桩土应力比参数，而是应该根据荷载水平以及计算深度分层选取合适的桩土应力比作为计算参数。     

土工编织袋单轴压缩试验研究

土工编织袋就是简单地将土、砂、碎石等材料直接灌装在编织袋中,用于路堤填筑和护坡工程中.在试验室内对土工编织袋进行了单轴压缩试验,得到了单轴压缩强度与编织袋拉伸强度的关系及土工编织袋的应力一应变关系,并与理论分析结果进行了比较,试验结果与理论结果一致.     

拓宽路堤填土期间土工格栅的力学行为试验研究

土工格栅在道路建设工程中广泛应用,但土工格栅在路堤中的受力情况和效用发挥仍不清晰。结合广三高速公路直接拼接拓宽路堤工程,采用在土工格栅安装柔性位移计观测土工格栅应变的方法,测试分析和研究土工格栅在桩承式加筋路堤填土期间的力学行为。研究表明,对于桩承式加筋土路堤,土工格栅拉应变随填土高度增长,能有效地将荷载分散到桩体,路堤荷载作用下土工格栅横向应力分布呈现中央小、两侧大的特征,但是发生的应力和应变远小于设计值,道路扩建工程中土工格栅的材料设计具有进一步优化的可能性和必要性。     

基于改进的Brauns理论碎石桩极限承载力计算模型研究

通过力学分析,结合碎石桩的破坏机理,在Brauns碎石桩极限承载力计算理论基础上,通过考虑地基土和桩体自重应力作用,推导出改进的Brauns碎石桩极限承载力计算模型。研究结果表明:通过考虑地基土和桩体自重应力作用,碎石桩极限承载力随着碎石桩桩体半径的增大而增大。与现有的碎石桩极限承载力计算理论相比,现有理论模型几乎均未考虑地基土和桩体自重的作用,且各个理论计算精度不一,结果不一致,与现场原位测试结果差别很大,无法指导工程实践,采用改进的Brauns计算模型,计算出的碎石桩极限承载力与现场原位测试结果误差最小,更符合工程实际。所以地基土和桩体自重应力作用对碎石桩极限承载力的影响不能忽视不计,建议在计算碎石桩极限承载力时采用改进的Brauns计算模型。     

粉喷和浆喷水泥桩加固软土地基的力学特性

以工程实例为依托,对粉、浆喷桩进行研究。研究表明:相同龄期的粉喷桩强度高于浆喷桩;两种桩桩体上部桩身强度具有明显的随深度增加而减小的规律;单桩静载达到极限荷载时,桩体发生刺入破坏的可能性较大;桩身破坏时的变形特性、裂纹分布随桩强度的不同而不同;在提高软土地基承载能力方面,粉喷桩要略优于浆喷桩。     

武广客运专线红粘土CFG桩复合地基桩体变形研究

为研究红粘土复合地基中CFG桩的变形特性,在CFG桩内埋设混凝土应变计进行监测,结合室内土工试验,分析了红粘土复合地基中CFG桩桩身不同部位应变随荷载、时间的变化规律及其内在作用机理。结果表明:CFG桩在施加上覆荷载之前就存在初始内应力,桩顶下一定部位存在一初始应变零点;红粘土的膨胀性对CFG桩桩体变形有重要影响,复合地基需要较长的时间进行内部变形调整;变形稳定后,桩体中存在两个应变零点,拉压区域交替出现。     

基于预应变加筋土复合体力学特性试验研究

通过对未进行土工加筋、常规土工加筋及预应变加筋3种工况的土体对比试验,揭示常规土工加筋虽然对控制路堤的侧向变形及不均匀沉降有一定效果,但预应变加筋对提高路堤的稳定性,其效果更加明显,进而分析了预应变加筋土技术的力学特性;同时,给出了预应变加筋土技术中土工网合理的拉伸范围,并提出常规加筋技术中土工筋材与土体之间弹性模量相互匹配问题。为土工加筋尤其是预应变加筋施工技术的推广应用提供了参考依据。     

经编土工格栅加筋煤矸石的筋土界面特性试验研究

以煤矸石为填料,经编土工格栅为筋材,进行了一系列直剪试验和拉拔试验,测试了经编土工格栅与煤矸石间的界面摩擦特性,获得了不同压实度煤矸石与经编土工格栅间的直剪和拉拔界面强度和摩擦系数,并进行了对比分析。试验结果表明：经编土工格栅加筋煤矸石的直剪和拉拔剪应力和位移的关系为非线性,剪应力峰值随法向应力的增加而增大,直剪试验曲线呈稳态型,而拉拔试验曲线为软化型。经编土工格栅与煤矸石的直剪界面强度均随煤矸石压实度的增加而增大,符合莫尔库仑强度型;经编土工格栅与煤矸石间有良好的拉拔摩擦特性。     

软基老路加宽的加筋分析

分析了筋材拉伸应变随铺设位置的变化及筋材嵌入老路堤的长度;研究了筋材模量对加筋效果的影响,并与实测结果进行了对比。分析结果认为,筋材应变随铺设位置从路堤底部上移逐渐变小,建议新路堤加两层筋,一层在底部,一层在中部,筋材须嵌入老路堤一定长度。     

桩承式加筋路堤桩体荷载分担比计算

基于最小势能原理,分析了路堤填土、水平加筋体、桩(桩顶托板)及桩间土之间的相互作用,得到了桩体荷载分担比。研究了桩间距、路堤高度、桩顶托板宽度、路堤填土剪切模量、水平加筋体拉伸强度及桩土相对刚度对桩体荷载分担比的影响。结果表明:桩间距、路堤高度、托板宽度及桩土相对刚度对桩体荷载分担比影响较大,路堤填土剪切模量的影响次之,而水平加筋体拉伸强度的影响很小。设计桩承式加筋路堤时,主要应通过增大路堤高度与桩间距之比及桩顶托板宽度与桩间距之比来提高桩体荷载分担比。     

煤矸石与土工布的界面摩擦特性试验研究

以煤矸石为填料,土工布为筋材,进行了一系列直剪试验和拉拔试验,测试了土工布与煤矸石间的界面摩擦特性,获得了不同压实度煤矸石与2种土工布（PES100—50、PES—PP100—50）间的直剪和拉拔界面强度和摩擦系数。试验结果表明：煤矸石与土工布的直剪和拉拔剪应力和位移的关系为非线性,剪应力峰值随法向应力的增加而增大,直剪试验曲线呈稳态型,而拉拔试验曲线为软化型。2种土工布与煤矸石的直剪界面强度和拉拔界面强度均随煤矸石压实度的增加而增大,符合莫尔库仑强度型;2种土工布与煤矸石间有较好的拉拔摩擦特性,直剪摩擦系数为0．86～1．50,拉拔摩擦系数为0．43—1．16。     

内马铁路残坡积土石混合体含石量对抗剪强度影响分析

针对内马铁路二标大量分布的残坡积土石混合体材料抗剪强度易受含石量影响的问题，选取了具有代表性的圆砾和角砾，并配置成不同含石量的试样进行不排水三轴剪切试验，系统研究了砾石含量和形状对土石混合体强度特性的影响规律。试验结果表明:土石混合体砾石含量阈值分别为40%和80%，即含石量小于40%时，土石混合体峰值内摩擦角基本不变，且不受砾石形状影响；含石量由40%增至80%时，土石混合体试样峰值内摩擦角逐渐增大，且角砾试样的大于圆砾；含石量超过80%时，试样峰值内摩擦角缓慢增加，并发现试样峰值抗剪强度有相似的变化规律。     

外置耗能器对自复位预制RC桥墩抗震性能的影响研究

以中国已建成的首座震后自复位桥梁-京台高速（北京段）黄徐路跨线桥为背景,结合自复位结构和装配式结构的特点,发展自复位预制RC桥墩新型结构。设计并制作对桥墩抗侧强度贡献率分别为0,20%及40%的3组外置耗能部件,并对3组自复位桥墩进行水平拟静力往复试验研究。通过桥墩变形和损伤演化过程、力-位移滞回曲线、骨架曲线、试件耗能能力、预应力筋张拉力变化、残余位移、接缝开口和受压区高度变化等评估自复位预制RC桥墩的抗震性能及外置耗能器对其影响。研究结果表明：外置耗能器耗能段均出现明显的高阶屈曲形态,耗能作用明显,附加外置耗能器自复位桥墩的滞回曲线呈明显的“旗帜”形;耗能器的抗侧强度贡献率越高,墩柱的滞回曲线越饱满,墩柱的耗能能力和抗侧承载力也明显提高;加载至偏移率3.5%时,自复位预制墩柱抗侧承载力无明显下降,表现出良好的延性性能;随墩顶水平位移增加,墩柱内轴向预应力筋张拉力基本呈线性增加,建议墩内竖向预应力筋初始张拉力不超过名义屈服强度的70%;为保证自复位墩柱具有较小的残余位移,建议附加外置耗能器对桥墩的抗侧贡献率不宜超过40%。研究可为自复位预制RC桥墩的结构设计、数值模型验证和工程实践提供参考。     

级配类型对水泥稳定碎石路用性能的影响研究

通过不同龄期的无侧限抗压强度、劈裂强度、抗压回弹模量及温缩等试验,研究了3种典型级配类型对水泥稳定碎石路用性能的影响。结果表明:骨架结构对早期强度起主要作用,结构密实性对后期强度影响较大;骨架结构越好,抗变形能力越强,长期抗压回弹模量越大;填料含量越多,温缩系数大,填料含量少,则温缩系数小。     

聚氨酯级配碎石层特性研究

针对高速列车荷载与水耦合作用下级配碎石层水致损伤问题，通过室内模型试验，探讨水环境-动载耦合作用下，聚氨酯级配碎石层的长期受力和变形规律，得出如下结论:聚氨酯掺量达到8 %时，聚氨酯级配碎石孔隙率达2 %左右，聚氨酯成膜厚度较厚，浸水后聚氨酯级配碎石的抗压强度、抗折强度以及回弹模量基本保持不变；在长期动载作用下，聚氨酯级配碎石层累积变形、动压力以及动孔压在注水前后变化较小，有良好的力学行为和防水效果。     

包裹碎石桩影响范围的模型试验分析

为了研究包裹碎石桩受力时的影响范围,进行了三组不同直径的包裹碎石桩和一组未加固地基的模型试验。通过在承压板之上及其周围土体表面布设百分表,得到了承压板及其周围土体表面的位移;在桩体和桩周围土体内不同深度布置土压力盒,监测了桩体和土体内的应力分布。试验分析结果表明:包裹碎石桩改善了土体的承载力性能,减小了土体表面的位移量,包裹碎石单桩复合地基相比于未加固地基(河沙)的极限承载力约提高了32%;在距离包裹碎石桩中心两倍承压板直径范围之外,基本上没有变形和应力的分布,即包裹碎石桩影响范围的宽度约为四倍承压板直径;包裹碎石桩受力主要影响深度在三倍桩径范围内。     

基于路堤粗粒土填料力学特性的改进邓肯-张模型

为研究动力及含水率变化对路堤粗粒土填料力学特性的影响，制作了不同含水率w的路堤粗粒土填料试样，先对其施加一定荷载频率f的动应力，再进行静三轴压缩试验，分析不同试样静偏应力σ₀-应变ε₁曲线变化规律，之后结合Janbu公式探讨动偏应力σ_d、w及f与参数n、K的联系，建立初始变形模量E_i、极限偏应力(σ₀)_ult与各控制变量的拟合公式，提出考虑动力及含水率影响的路堤粗粒土填料改进邓肯-张模型，最后开展验证试验，对比分析该改进模型的有效性。研究结果表明：三轴试验中粗粒土试样在ε₁>0.5%时由弹性变形进入塑性变形阶段，不同控制因素下的σ₀-ε₁曲线在0.5%<ε₁<2.0%范围内出现明显差异，切线变形模量E_t在该范围内迅速降低，降低幅度达到58%～76%;当ε₁>2%时E_t变化逐渐减缓并...     

基于统一强度理论的水平加筋材料复合地基极限分析

结合统一强度理论和极限分析法,对水平加筋增强体复合地基承载力进行了研究。通过对已有以主应力表达的统一强度理论关系式进行变换,导出了以任意平面上的剪应力和正应力表达的统一强度理论关系式;将统一强度理论与相关联流动准则相结合,解决了基于统一强度理论进行极限分析的基本问题;并结合加筋材料对地基极限承载力的影响,对水平加筋材料复合地基进行了极限分析,得到了水平加筋材料复合地基极限承载力计算公式。最后结合工程算例对地基极限承载力的影响因素进行分析,对实际工程具有一定指导意义。