重载铁路路基低液限粉土动力变形特性试验研究

低液限粉土是朔黄重载铁路路基的主要填料,通过一系列室内循环动三轴试验,研究循环荷载频率、动应力比、固结度和饱和度(含水率)等参数对低液限粉土动力变形特性的影响。研究结果表明:低液限粉土填料的轴向累积应变-振次关系曲线分为稳定型和破坏型,轴向累积应变随动应力幅值增大而增大,动应力超过临界动应力值,累积应变明显增长直到破坏。累积应变随振动频率的增大而增大;随固结比的增大而减小;饱和度(含水率)越大,对应的累积塑性应变越大,到达破坏所需的破坏振动次数越低。建立"稳定型"和"破坏型"累积轴向应变-振次关系的经验公式:张勇经验公式和Monismith指数公式。研究结果对重载铁路路基动力稳定性分析评价具有参考价值。     

某港区后方交通联络线浅埋基岩复合地基沉降特性研究

以某码头交通联络线的CFG桩复合地基为工程背景,开展浅埋基岩复合地基的加固机理研究,采用ABAQUS软件分析CFG桩端距基岩距离、嵌岩深度和下伏岩性等不同工况对浅埋基岩复合地基的承载效果。结果表明,浅埋基岩的CFG桩复合地基的承载主要由桩体承担,但桩间土也能承担部分荷载;距基岩距离越小,桩顶处出现的沉降量越小,桩顶处桩土应力比越大;嵌岩深度越大,沉降量也越小,而桩顶处桩土应力比越大;下部基岩弹性模量越大,沉降量越小,桩顶处的桩土应力越大。     

路堤荷载下长短桩加固黄土地基影响因素的分析

黄土高原地区,有关路堤荷载下长短桩复合地基工作特性的研究较少,相关经验也较为缺乏。为更好地了解这种复合地基的桩土共同作用状况,结合实际工程,运用MIDAS/GTS有限元软件,分析桩长、桩间距和下卧层刚度对复合地基工作性状的影响。研究结果表明:在一定范围内,桩长和下卧层刚度的增加、桩间距的减小均能起到减小沉降的作用;由于负摩阻力的存在,长短桩的桩身应力最大值出现在桩顶以下一定深度处,当长桩为18 m,短桩为8 m时,长桩桩身应力最大达1 831.7 kPa;长(短)桩的桩身应力随短(长)桩长度的增加而减小;长桩桩土应力比随长桩长度、桩间距和下卧层刚度的增加呈先增加后稳定的趋势;短桩桩土应力比随短桩长度的增加而增加,随桩间距的增加而减小,随下卧层刚度的增加则呈先增加后稳定的趋势。因此,长短桩复合地基应在满足沉降及承载力要求的前提下,选取最经济的桩长、桩间距并使长桩桩端尽量支撑在较坚硬的持力层上。本文研究成果对长短桩复合地基的设计和施工均有一定的参考价值。     

堆载作用下桩基受力特性分析

以郑徐(郑州—徐州)高速铁路一特大桥桩侧堆载为背景,采用ABAQUS建立桩-土相互作用有限元模型,研究在不同堆载等级和堆载距离下桩侧摩阻力和桩身轴力的分布规律以及桩顶沉降规律。结果表明:桩侧负摩阻力主要分布在0.57倍桩长范围内,堆载等级越大桩侧摩阻力和桩身轴力越大,负摩阻力最大值出现在0.29倍桩长处,轴力最大值出现在0.52倍桩长处;堆载距离越大桩侧摩阻力和桩身轴力越小,堆载距离大于5倍桩径时,桩侧摩阻力和桩身轴力均明显减小;堆载等级越大堆载对桩基的竖向位移影响越大,堆载距离越大堆载对桩基的竖向位移影响越小。计算结果可以为桩侧堆载控制提供理论依据。     

CFG桩复合地基室内模型试验研究

通过CFG桩复合地基的大型室内模型试验,研究褥垫层厚度、桩长、桩间距对CFG桩复合地基沉降和桩土应力比的影响规律。结果表明:复合地基的CFG桩存在扩径现象,且从下至上扩径现象越明显;褥垫层越薄,桩分担荷载越大,桩间土荷载分担比越小;随着褥垫层厚度的增加,桩承担荷载增长趋势变缓,故为充分发挥桩的承载作用,建议合理褥垫层的厚度为20～30cm;在外荷载一定的情况下,桩土应力比随桩长和桩间距的增加而增加,因此在进行复合地基桩间距的设计时,不仅要保证复合地基承载力满足设计要求,而且还要保证加固后地基土的工后沉降量满足规范要求,同时还应充分考虑打桩带来的不利影响。     

高速铁路桥梁桩基础竖向动荷载测试

高速列车在桥梁墩台基础上产生的动荷载是计算桩基础累积沉降的重要参数。系统地测试了不同车速和车型在桥墩不同部位引起的动位移、加速度及墩身动应变,得到了不同跨度桥梁基础的动荷载参数。结果表明:桥墩动力响应(动位移和加速度)从梁端、墩顶到承台顶衰减显著。动位移与轴重、基础与地基土的整体刚度密切相关。桥梁支座具有降低加速度的作用。桥跨长度越长,动荷载越大,动荷载幅值约为动荷载峰值的20%~30%。动荷载可以用正弦函数模拟,频率与列车行驶速度和车厢长度有关。上述结论可为高速铁路桥墩基础的设计和计算作为参考。     

高填方黄土明洞顶EPS板和土工格栅共同减载计算及土拱效应分析

基于土压力减载机理,推导高填方黄土明洞顶铺设EPS板和土工格栅共同减载的明洞顶土压力计算公式。利用ANSYS软件模拟不同弹性模量EPS板和土工格栅共同减载时高填方黄土明洞顶的土压力,采用荷载等效方法将数值模拟的"波浪形"分布的土压力转化为均布荷载,将其与公式计算结果进行对比。结果表明:明洞顶土压力均随内外土柱沉降差的增大而减小,公式计算结果与数值模拟结果最大相对误差为3.59%,验证了计算公式的正确性。取EPS板的弹性模量为0.5 MPa,数值模拟明洞顶土体的竖向位移、最小主应力和竖向应力。结果表明:EPS板变形导致明洞顶最小主应力方向发生旋转,指向外土柱,在0.83倍洞高处出现明显的"应力拱";"应力拱"下部竖向、横向土压力均减小;内外土柱沉降差越大,"应力拱"横向应力越大,承担上部荷载越大,土拱效应越明显。     

单桩横向非线性动力响应的有限元模拟

对横向循环荷载下桩土动力体系进行分析,研究桩土体系的相关参数,分析影响工程性能的敏感参数,为工程设计提供参考.横向循环动荷载下,距桩顶1/6桩长处桩身弯矩最大,距桩顶1/10桩长处桩身剪力最大.地基土按弹塑性考虑有利于安全,桩土刚度比对桩土体系影响很大,可通过工程措施缩小桩土刚度比,以获得较好的工程效果和经济效益.     

考虑群桩效应的加筋碎石桩复合地基沉降比计算公式

采用非线性有限元分析方法,建立加筋碎石桩群桩性能分析模型,通过模型试验从复合地基沉降和加筋体应变2方面验证了所建模型的可靠性,计算分析不同因素对地基与桩顶沉降的影响。通过单桩与群桩沉降间的关系构建了考虑群桩效应的地基沉降比计算方法。研究结果表明:竖向荷载作用下加筋碎石桩复合地基存在明显群桩效应,在加固区桩间距对群桩性能的影响显著,但对桩端土体影响不大;不同桩土模量比下中心桩桩顶沉降随荷载的变化趋势一致;同一上部荷载下加筋碎石桩能有效减少地基沉降,但当加筋体刚度大于500 kN/m时增加加筋体刚度不能有效减少加筋碎石桩复合地基沉降;桩间距与桩径比在2~4内变化时,群桩和单桩沉降比随着桩土模量比的增加呈抛物线形下降,群桩和单桩沉降比变化范围约在0.6~2.0,且桩间距与桩径比越小时群桩和单桩沉降比变化幅度越大;桩间距与桩径比在5~6内变化时,群桩和单桩沉降比几乎没有变化。     

不同加载频率及循环应力水平对人工冻融软土动力特性影响试验研究

近年来冻结法作为一种提高土体强度的手段被广泛应用于地铁隧道施工中,然而在列车循环荷载作用下冻土融化后会产生较大变形,影响地铁列车的运营安全。基于室内动三轴试验,研究列车加载频率、应力幅值和固结压力对冻融土体动孔压及应变的影响,得到地铁列车循环荷载下冻融软土的动力特性规律。试验研究表明:冻融后土体强度显著降低,且由于列车循环荷载作用会发生更大程度的下降。在地铁不同频率荷载下,其加载频率越低,动孔隙压力值越高,冻融后软土应变增幅明显。在相近循环应力比下,固结压力比应力幅值对冻融土动力特性影响更大。同时,基于试验数据,建立地铁列车循环荷载作用下的冻融土孔压累积模型,模型预测值与试验值较为吻合。     

地铁隧道下卧土体动力特性模型试验研究

研究目的:地铁车辆动荷载的长期作用会使隧道产生不同程度的沉降,对其运营稳定性产生不利的影响,对于饱和软土地层条件,隧道的沉降更为明显。开展动荷载作用下地铁隧道下卧土体的动力稳定性研究,有助于正确认识地铁运营荷载对周围土体的影响,并为隧道周围土体的加固提供依据。研究结论:通过分析盾构隧道的运营受力特征,设计了物理模拟试验系统,对地铁盾构隧道下卧粉质黏土的动力特性进行了研究,分析了不同荷载幅值、不同频率条件下隧道下卧粉质黏土的动力响应特性,并对动荷载作用下隧道的沉降特征进行了分析。试验结果表明,盾构隧道下卧粉质黏土在动荷载的作用下,土体的动力响应随距离的增加而衰减,且距离隧道越近衰减趋势越明显。动荷载峰值越大,隧道沉降越大;荷载峰值相同、振动次数一定时,荷载振动频率越低,隧道的竖向沉降越大。     

路堤荷载下Y形桩与常规桩型对比研究

研究目的:利用ABAQUS有限元分析软件,建立Y形桩、圆形桩和方形桩三种桩型的有限元计算模型,桩采用弹性模型,土体采用Mohr -Coulomb弹塑性模型.在相同布桩方式和相同面积置换率工况下,研究在路堤荷载分级加载过程中,三种桩型的盖板顶沉降、桩间土沉降、盖板顶和桩间土差异沉降、盖板顶平均应力、桩底平均应力等的变化规律.研究结论:通过对比得知:在相同荷载作用下,圆形桩盖板顶产生的沉降最大,其次为方形桩、Y形桩;圆形桩桩间土产生的沉降最大,方形桩前期大于Y形桩,之后又小于Y形桩;盖板顶与桩间土差异沉降基本呈现圆形桩最大,其次为Y形桩、方形桩;盖板顶和桩底平均应力,呈现方形桩最大,其次为圆形桩、Y形桩.     

端承桩水平振动响应能量变分分析方法

考虑竖向荷载对桩基水平承载力的影响,采用能量法对地基土中端承桩的水平振动问题进行理论研究。根据分析动力学建立在水平动荷载作用下桩土系统的拉格朗日方程,通过复变函数和广义变分原理分别建立桩基和土体控制方程,采用分离变量法推导出土体位移表达式,结合桩土耦合振动条件和迭代程序得到桩基位移、内力和桩顶水平动力复阻抗解析表达式。通过算例分析,研究竖向荷载对桩顶动力复阻抗的影响以及桩周土剪切模量和桩长对桩身位移分布规律的影响。研究结果表明:动力复阻抗随竖向荷载增大而逐渐降低,桩身水平位移和转角随桩周土剪切模量增加而注浆降低;桩长达到有效桩长时,桩土系统有效耦合振动长度不发生变化。     

CFG桩复合地基柔性荷载试验研究

通过自行研制的现场静力柔性载荷试验设备模拟不同刚度的基础,对不同基础刚度下CFG桩复合地基的桩及桩间土的荷载分担特性、荷载发挥系数等进行了分析研究.试验结果表明,CFG桩复合地基上部基础刚度越大,复合地基桩分担荷载越多、荷栽发挥系数越大,而桩间土荷载分担的越少、荷载发挥系数越小.     

刚性承台超大群桩承载性状的三维有限元分析

为了了解超大群桩基础的承载性状,用有限元分析程序ABAQUS,对土体采用莫尔-库仑模型,对桩土界面采用非线性弹簧模拟荷载传递,对超大直径超长桩组成的群桩基础的承载性状进行了参数分析。具体分析了桩数、桩距、桩长、桩径、土变形模量、土内摩擦角、土粘聚力等因素对群桩的荷载-位移曲线以及桩顶轴力分布的影响规律。     

循环荷载下冻土桩基力学特性研究

通过给冻土单桩模型上端施加循环荷载,分析循环荷载幅值、频率及冻土温度的变化对桩身应变、桩身轴力、桩侧冻结应力以及桩土相对位移的影响规律,开展循环荷载作用下冻土桩基力学特性的研究。研究结果表明:桩身应变随着加载时间先增加后稳定,且低温环境和小荷载条件下更有利于桩身应变的稳定;桩身的应变随荷载幅值及频率的增加而变大,随温度的降低而减小;桩身轴力沿着桩深不断减小,是由于桩侧土体使桩从上部开始受力;低温环境下桩身轴力相对较小,这是冻土地区桩基稳定的有利条件;桩侧冻结应力首先从桩基的上端发挥作用,并逐渐向下传递,分别增大荷载幅值、频率及降低温度都会增强桩侧冻结应力;桩土相对位移受荷载幅值、频率及温度的影响明显,频率能够影响桩土的承载模式。     

长短桩复合地基应力与沉降分析

利用三维有限元对长短桩复合地基进行对比分析,给出全长桩、全短桩、长短桩、无垫层、天然地基5种方案下的桩身应力与土体附加应力分布,并探讨垫层模量和厚度对承台沉降的影响和对应力的调节作用。研究结果表明:复合地基能有效减少天然地基沉降和改善浅层土的应力状态,复合地基中桩身应力与土体附加应力按刚度分配,桩侧土应力与桩身应力表现出互补的特性。而垫层使桩与桩、桩与土之间应力分配趋于合理,垫层模量对承台沉降影响显著;随着垫层模量增加,长桩桩顶应力增加,短桩桩顶应力和桩身应力及土体表面应力降低;随着垫层厚度的增加,变化趋势则相反。     

桩侧压浆控制群桩基础沉降量研究

以京沪高速铁路丹阳至昆山特大桥阳澄湖桥段为工程背景,通过现场试验,研究角桩桩侧注浆和边桩桩侧注浆对深厚软土层中群桩基础在正常使用状态下沉降量的控制。运用数值模拟方法,分析由桩侧压力注浆引起的桩-土体系中桩土界面参数和桩周土模量变化对群桩基础在设计荷载下沉降量的影响。研究结果表明:由于桩侧注浆的作用会使桩土界面参数变大和桩周土模量提高,从而对深厚软土层中正常使用状态下群桩基础的沉降可以起到明显的控制作用;边桩桩侧注浆的效果优于角桩桩侧注浆;桩侧注浆浆液在土中的扩散范围直接影响群桩基础的沉降量。     

地铁列车荷载下原状土孔压及应变模型试验研究

基于GDS循环动三轴试验,首先对比了不同形式的动荷载作用效果,结果表明偏压正弦波模拟列车循环荷载效果较好。然后研究了初始固结度和加载频率对地铁荷载作用下软黏土动力特性的影响,结果表明:排水加载条件下原状土孔压发展趋势分为2个阶段,第1阶段孔压迅速上升,达到峰值后进入第2阶段,表现为孔压下降且降速渐缓并趋于稳定;初始固结度越大,土样的累积峰值孔压越小,孔压消散时间越短;原状土应变发展呈现稳定型,固结度越低,轴向应变越大,应变稳定所需时间越长;且低频引起的累积应变较大,工程中应予以重视。提出的孔压及应变模型可较好地模拟列车荷载作用下不同固结度的原状软黏土的动力特性规律。     

水泥搅拌桩复合地基桩土应力比的现场试验分析

桩土应力比是搅拌桩复合地基设计、施工时的重要控制参数.根据公路路基现场试验的实测数据,分析带格栅褥垫层不同位置处搅拌桩桩顶及桩间土的应力变化、桩顶和桩间土的沉降规律,总结了路堤施工过程荷载的传递规律,对水泥搅拌桩复合地基的设计和施工提出了具体建议.