桩承地基土拱高度计算方法的研究及分析

综合考虑路堤填土高度、填土性质、桩帽大小及桩间距等因素,提出简便的土拱高度计算方法。具体分析了桩帽大小、桩间距,以及路堤填料高度和性质等因素对土拱高度及土拱高度与桩净间距之比的影响。结果表明:土拱高度受填土性质、桩帽、桩间距及填土高度等因素影响,其中受摩擦角、桩帽大小和桩间距影响较大,在设计时可首先考虑加大桩帽、减小桩间距或增加填料摩擦角的方式降低土拱高度来满足工程需求。在实际工程正常参数取值范围内,土拱高度大概集中在1.02～1.42倍的桩间净距范围内。     

桩承加筋式路堤的承载机理研究

具有深厚软弱下卧层的路堤可采用桩承加筋式复合地基,以提高地基的承载力、减小路堤总沉降和差异沉降,而且可以布成疏桩,提高桩土荷载分担比,降低工程成本,在国内外的应用越来越广泛。本文采用拉格朗日描述位移的大变形有限元分析方法,研究桩承加筋式路堤的荷载通过土拱效应和拉筋材料传递到桩身的机理和变化规律,及其受路堤填筑高度、桩身刚度和桩间距、路堤填土的工程性质、拉筋材料抗拉刚度和铺设位置的影响性状。通过数值分析,得到一些有助于桩承加筋式路堤设计的结论。     

桩网结构支承路堤土拱效应改进算法

从工程实际出发,对Hewlett土拱效应所考虑的影响因素加以补充,并根据摩尔-库仑强度准则考虑了路堤填土的黏聚力对土拱效应的影响,以及分析水平加筋体与碎石垫层之间的相互作用,建立加筋体与碎石垫层之间相互作用的力学模型,导出水平加筋体的变形受力计算公式;通过分析水平加筋垫层对土拱效应的影响,改进Hewlett算法,推导出桩网结构支承路堤的桩体荷载分担比和桩土应力比公式,并通过具体工程实测数据的对比分析,验证了改进算法的合理性和可靠性.     

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.     

铁路路堤填土柔性荷载下CFG桩复合地基沉降及桩身应力研究

分别采用室内模型试验和有限元数值模拟分析不带桩帽悬浮式、不带桩帽支承式、带桩帽悬浮式、带桩帽支承式4种CFG桩复合地基在路堤填土柔性荷载下的沉降和桩身应力分布规律。两种分析方法的结果均表明:设置桩帽和支承式CFG桩均可以明显减小复合地基的沉降,复合地基沉降大小不仅取决于桩间土的承载力,而且桩端持力层土的性质也起很大作用;坚硬下卧层的存在可以让桩体分担更多的荷载,使得桩体承载力在全桩长范围内得到发挥,桩端应力值增大;桩帽的设置使得桩身应力值有所增大但不如下卧层影响明显。     

基于离散元数值模拟的桩承式加筋路堤土拱效应研究

桩承式加筋路堤能有效控制地基沉降和侧向变形,可快速填筑施工,大大缩短施工工期。土拱效应是桩承式路堤的主要工作机制,目前有多种模型。然而,对于不同路堤高度条件下桩承式加筋路堤土拱效应演化重视程度还不够。本文通过桩承式加筋路堤离散元数值模拟,验证了路堤变形为同心椭圆模式,高路堤条件下路堤存在等沉面且等沉面高度随路堤填筑高度增加而减小;揭示了填料高度增加下的桩承式路堤土拱效应变化规律以及桩承式加筋路堤土拱高度随路堤高度增加而降低的现象。     

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。     

高速铁路CFG桩网复合地基桩土承载特性试验研究

通过京沪高速铁路北段李窑试验段的现场试验,对CFG桩网复合地基的桩、土应力和荷载分担比进行了分析研究.试验结果表明,CFG桩网复合地基桩土应力比随着路堤填筑荷载增加而增大,在填筑结束后桩土应力比基本维持不变.填筑结束时,平均桩土应力比为3.2,桩荷栽分担比为50%,即桩土各承担了一半的路堤填筑荷载,至预压土卸载后26 d增加至62%.桩帽边缘处压力大于桩帽中心处压力,反映出桩帽间存在比较明显的土拱作用.     

桩承式路堤土拱效应形成机制离散元模拟

针对桩承式路堤,分别建立二维和三维离散元分析模型,开展土拱形成过程数值模拟。从细观角度研究不同路堤高度条件下桩承式路堤土拱形态和荷载传递机制,获得土拱效应充分发挥条件下的土体沉降模式,其模式呈现为椭圆形拱状。二维分析结果表明,当路堤填土高度达到一定值时,其高度约为0.8倍桩净距。由于二维土拱模型只能反映一个截面上的土拱效应,因而高估了路堤荷载传递效率。相比二维Trapdoor分析结果,三维条件下土拱效应充分发挥时所需的桩-土差异沉降更大,桩顶和桩间土压力随差异沉降的变化速率更慢,荷载传递效率更低且受填土高度影响更高。     

高速铁路CFG桩复合地基应力特性试验研究

结合京沪高速铁路凤阳试验段,重点开展CFG桩+桩帽+加筋垫层联合堆载预压处理地基试验.实测路堤填筑堆载过程中及堆载结束后一段时间内桩帽、桩间土压力及相应褥垫层顶面的土压力;分析CFG桩复合地基中桩帽顶水平面应力、褥垫层顶面应力及桩土应力分担比随填筑高度和固结时间的变化规律,以及桩帽顶水平面与褥垫层顶面应力在路堤横断面的...     

桩网支承路基结构中土拱效应及网垫受力的模型试验研究

基于相似理论,对桩网支承路基中心土拱效应进行8组模拟试验。测试桩顶轴力、桩土及路基不同高度处应力、格栅拉力和桩间土沉降随路基高度、外荷载变化特性,探讨格栅受力后变形。结果表明:加筋网垫上方竖向应力与以球形拱理论为基础的德国规范计算结果较为接近;加筋网垫下方桩间土承担竖向应力随路基高度、上覆荷载增加而增加;黏性土路基成拱效率略低于砂土路基;对于两层格栅组成的加筋网垫,下层格栅承担土拱效应竖向应力引起拉力大于上层格栅,位于桩帽之间并垂直于桩帽边格栅拉力大于平行于桩帽边格栅拉力;格栅初始松紧状态对土拱成拱效率有一定影响;格栅受力后平面变形形状近似呈悬索状。研究成果可为我国桩网支承路基结构加筋网垫相关规范提供参考。     

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。     

桩网复合地基桩顶土拱形态分析

桩网复合地基垫层与填土中的土拱对桩顶应力调节和沉降控制效果起着重要作用.在对比现有桩网复 合地基桩顶土拱效应计算方法的基础上,通过单桩数值模拟和数学解析,对桩顶土拱形态进行分析.结果表明,桩网复合地基桩顶土拱区域内的主应力迹线是一族自桩顶平面向上曲率逐渐增大的变曲率曲线,其中,接近桩帽边缘的一条主应力迹线线形近似于抛物...     

高速铁路桩网结构加筋网垫受力计算方法

基于高速铁路桩网结构各单元间的协调工作机理,对加筋网垫承担的竖向静动荷载及其引起的加筋体拉力、边坡推力效应引起的加筋体拉力等计算方法进行研究.土拱效应引起的桩间土竖向应力采用球形拱假设计算,动荷载引起的竖向应力采用Boussinesq假设计算;加筋体拉力由竖向荷载和边坡推力效应两部分引起,对于竖向荷载引起的拉力采用悬索理论计算,并首次考虑加筋体初始挠度的影响;计算边坡推力效应时,不仅考虑路基边坡主动土压力的产生和平衡,还综合考虑基底摩擦的协同工作.加筋网垫受到的拉力全部由加筋体承担.作为主要加筋体材料的土工格栅加筋体的最低强度可取使用年限内发生失效应变时的强度,但应考虑工程施工和环境等因素的影响.     

刚柔长短组合桩-网复合地基工作性状研究

研究目的:为了探讨刚柔长短组合桩-网复合地基控制深厚软土路基工后沉降的可行性,须深入研究该类复合地基在深厚软土路基中的工作性状。为此,依托哈大高速铁路新营口车站路基处理工程,有针对性地开展现场试验研究。研究结论:(1)桩体刚度与桩间土体刚度存在较大的差异,是路堤填土中产生"土拱效应"的直接原因,且土拱效应的强弱取决于差异刚度的大小;(2)该类复合地基下的沉降变形模式主要包括路堤等沉区域、路堤土拱效应影响区域、负摩阻力作用区域、正摩阻力作用区域以及下卧土层等沉区域等五方面,且褥垫层基础的刚度是桩体与土体差异沉降大小的主要影响因素;(3)该类复合地基中CFG桩桩顶压力平均值是桩间土压力平均值的196倍,而MIP桩桩顶压力平均值是桩间土压力平均值的22倍,MIP桩有效提高了浅层土体的地基承载力;(4)采取刚柔长短组合桩-网复合地基联合堆载预压法加固深厚软土路基,可消除96%以上的沉降量,工后沉降可控制在2.0 mm左右,能满足高速铁路运营期间的稳定性要求;(5)研究成果能够为高速铁路、高速公路的深厚软土路基处理提供良好的指导作用。     

大振次列车动荷载作用下桩网加筋路堤土拱效应模型试验研究

通过桩网加筋路堤足尺模型试验,研究速度324km/h时列车120万次轮轴动荷载作用下,桩帽高度位置和3.2m路基范围内动土压力随振次的变化规律,分析长期动荷载作用下土拱演化规律。试验结果表明:桩土差异沉降较大时,桩帽承担约90%的动荷载和静荷载,土拱加强了路基中动应力往桩帽的传递,路基中动应力分布按Boussinesq公式计算不合理;长期动荷载作用下,桩土动应力比减小,但幅度变化不大,说明土拱弱化不明显。     

基于正交试验设计的路堤下地基沉降影响因素显著性分析

为研究路堤下地基沉降影响因素的显著性,采用等水平正交表进行正交试验设计,建立了地基沉降理想弹塑性有限元分析模型,通过计算路堤填土重力作用下的地基沉降及塑性变形,分析了在高低两种地基土强度条件下地基土的变形模量、内摩擦角、黏聚力、重度和路堤高度、填土变形模量、填土重度7种因素对地基沉降影响的主次关系。分析结果表明:对地基沉降影响最为显著的因素是地基土变形模量和路堤高度;随着地基土强度的降低,地基土的塑性变形增加明显,地基土内摩擦角对地基沉降的影响程度凸显,其显著性明显超过路堤填土重度与地基土黏聚力;对地基土的塑性变形而言,地基土内摩擦角的显著性大于地基土变形模量、路堤高度等因素,影响程度最为显著。研究成果可为地基沉降分析与工后沉降控制提供参考。     

刚性桩桩网复合地基桩顶段桩间土附加应力分析

结合铁路CFG桩复合地基现场试验,进行桩网复合地基桩顶段桩间土附加应力分析。试验表明,在路堤填土荷载作用下,桩顶段桩间土压力仅在一定深度范围内有所增加,并且桩间土附加应力随深度迅速衰减,而桩顶段桩身轴力随深度增大。采用轴对称圆柱坐标系,针对有无桩帽的刚性桩复合地基,选取单桩处理面积范围内土体进行桩土相互作用分析,得出刚性桩复合地基桩顶段桩间土附加应力的计算方法。分析结果表明,在桩间土内部的剪切力和桩与土间摩擦力的作用下,桩和桩间土所承担的荷载在桩顶段重新分配,使桩间土所承担的荷载减小,而桩身所承担的荷载增加。桩土间黏聚力和摩擦角越大,桩间土中附加应力衰减的速度越快。计算值与数值模拟及现场实测结果的对比表明,计算方法可靠。     

路堤荷载下带帽桩—网复合地基桩土应力比研究

通过对HEWLETT极限状态土拱效应分析方法的改进和土工格栅加筋垫层拉膜效应的分析,推导出路堤下带帽控沉疏桩桩土应力比计算公式。实例表明,精度满足工程要求。最后分析了各主要影响因素对桩土应力比的影响效果和规律。     

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。