公路路堤抗溶洞塌陷水平加筋体受力机理及设计方法研究

在"喀斯特"地貌地区高速公路路堤常遇到下卧潜在塌陷岩溶空洞的情况,这对路基安全造成了一定影响,针对这一情况可采用水平加筋方法进行处理。该文基于Terzaghi土拱效应理论,考虑临空区上覆土体主应力轴旋转计算加筋体上覆荷载,将抗下卧岩溶空洞塌陷水平加筋体分为临空区和锚固段,建立了加筋体受力变形分析模型。通过分析,获得加筋体变形和张拉力的计算公式,在此基础上,结合相关规范建立了抗岩溶塌陷水平加筋体的设计方法。工程实例证明:该设计方法切实可行。     

基于荷载传递法和剪切位移法压力型锚杆刚度分析

引用剪切带概念对锚杆锚固受力及荷载传递特性进行了分析阐述,基于理想的弹塑性剪切滑移模型模拟锚固界面受荷作用,运用荷载传递法与剪切位移法对锚杆锚固界面及界面外土体的剪切变形进行分析求解,据此推导了压力型锚杆刚度系数的计算公式。对刚度系数计算公式的影响因素进行了分析,结果表明压力型锚杆的刚度系数会随锚固长度增加而增长,但当锚固长度过大时会产生部分无效锚固段,锚杆锚固段直径和灌浆体弹性模量均与刚度系数有正相关关系,同时土体的力学性质与锚杆刚度系数也有紧密联系。     

路堤下水平加筋体与散体材料桩复合地基极限承载力

针对路堤荷载下水平加筋体与散体材料桩复合地基的极限承载力计算问题,分析了水平加筋体、路堤和地基之间的相互作用,得到了三者的作用力关系以及速度关系;研究了散体材料桩对地基承载力的影响,得到了考虑桩体置换率、地基土固结度影响的复合地基土体强度指标的计算公式;根据极限分析理论,从能量平衡角度推导出了地基极限承载力计算公式;对实际路堤工程设计计算进行了研究,搜索出最危险滑动面以及路堤极限高度。最后,通过工程实例,对比了路堤极限高度计算值和实测值,并分析了筋材极限强度发挥系数、固结度等因素对地基极限承载力的影响。结果表明:计算值与实际情况很接近,结果较为理想。     

软基上加筋路堤临界填土高度近似计算方法研究

将加筋材料假定为作用于路堤堤底的水平均布作用力,采用极坐标体系下的Flamant和Cerruti公式和统一强度理论,推导了考虑加筋及中间主应力的地基临塑荷载与临界荷载公式,提出了考虑堤底水平加筋下路堤临界填土高度计算方法,并以工程实例验证了所提出方法的实用性。     

加筋土-锚杆组合支护式路堤工作机理研究

以宜-巴高速公路某加筋土路堤断面为研究对象,结合现场监测数据,采用弹塑性有限元计算程序对加筋土-锚杆组合支护结构的变形受力特性进行研究,并针对筋材刚度、加筋间距、坡后锚杆连接与否等因素进行参数分析。主要研究结果表明:加筋土路堤中相邻阶梯水平位移变化幅度较大,且坡后台阶处出现较大不均匀沉降,需保证此处填土的压实度;加筋土路堤最大水平位移和垂直位移随着筋材轴向刚度的增加而减小;随着加筋间距的增加,加筋土路堤的安全系数相应减小,各加筋体承担的荷载不断增大;锚杆与加筋体连接情况下最大水平位移和垂直位移均较未连接的情况要小,安全系数提高。     

层状地基中锚杆拉拔荷载传递非线性分析

为了研究层状地基中锚杆拉拔受力的非线性特征，引入锚固界面剪切滑移的双指数曲线模型，基于荷载传递法基本原理，建立层状地基中锚杆荷载传递的非线性微分方程，推导锚杆轴向位移、轴力和界面剪应力的解析解，并给出层状地基中锚杆拉拔受力特性的计算方法与求解步骤。在此基础上，分析拉拔荷载作用下层状地基中锚杆的荷载-位移曲线特征、轴力与界面剪应力分布特征以及锚固体埋入位置对锚杆受力特征的影响，并以工程实例检验该方法的可行性。研究结果表明：作用荷载较小时，层状地基中锚杆的轴力和界面剪应力分布特征与均质地基中锚杆的轴力和界面剪应力分布特征基本一致；作用荷载较大时，地基土层状分布特征对锚杆拉拔受力特性具有显著的影响，锚杆轴力和界面剪应力在土层分界面处具有明显的界面效应，即二者在土层分界面处分别存在明显的转折点和跳跃点；锚固体埋入密实地基层中的范围越大，锚杆的极限抗拔荷载也越大，延性也越好，实际工程中应将锚固体尽可能地埋置于硬土层之中；在锚固界面弹性黏结、塑性变形（局部软化）以及滑移破坏的整个全历程阶段，所提方法的计算结果与工程实测的锚杆荷载-位移曲线均吻合较好，反映了锚固界面剪切滑移与锚杆受力变形的非线性特征。     

黄土地区加筋路堤变形控制效果研究

将土工格栅作为加筋材料铺设于黄土路堤中能够有效改善路堤的变形特性,提高路堤的稳定性。通过一系列土工试验,研究了山平高速公路黄土路堤填料的基本物理力学性质;建立数值分析模型,对比分析了交通荷载作用下黄土路堤在未加筋和加筋两种工况下的变形特性;研究了筋材布设方式对黄土加筋路堤的影响,并进行了参数分析。结果表明：土工格栅能够有效减小黄土路堤顶面沉降、不均匀沉降和侧向位移;当格栅铺设层数相同时,等间距铺设的效果要好于非等间距铺设;荷载大小、填土参数、筋材参数对加筋路堤工作性状影响较大;筋土界面似摩擦系数对边坡稳定性影响较大。     

预应力CFRP加筋土路堤现场试验研究

预应力CFRP加筋土技术是应用碳纤维增强塑料(CFRP)作为加筋材料,通过对加筋土体侧向的CFRP筋带端部进行张拉并锚固,给侧向土体施加侧向压力,进而增加土体的稳定性和强度。将这一技术应用于临长高速公路,对该试验路堤进行了沉降观测、弯沉试验测试。试验表明,该技术可以显著地提高加筋土路堤的回弹模量和加速加筋土结构沉降稳定。     

土工格室界面特性与处治路堤现场试验分析

拉拔试验能更好的反映加筋土结构中筋材的加筋行为,采用自制的拉拔试验装置来测试高填方路堤的现场砂粒填料与土工格室的界面特性参数,分析土工格室与土的界面摩擦作用,进一步研究土工格室的加筋机理。结合工程实例,对土工格室处治高填方路堤进行现场试验,分析格室在路堤横断面的受力特点以及格室的加筋性能。试验结果表明:土工格室拉拔受力是一个渐进式的过程,随着拉拔位移继续增大,格室后面几排网格依次受到填料的阻力,拉拔界面的剪应力呈台阶式的上升;格室与填料的界面摩擦角大于填料本身的摩擦角,且拉拔系数K大于1.0,格室加筋性能远优其他平面材料的加筋性能;在路堤横断面方向,格室承受拉应力;在新旧路堤搭接处,格室受拉应力最大,是重点需要处治的位置。研究表明格室能有效的约束路堤土的侧向变形,同时土工格室所在层位起到了扩散荷载的作用。     

软弱土(ψ≠0)地基上加筋路堤稳定性分析

探讨软弱土(ψ≠0)地基加筋路堤稳定性分析方法.针对传统分析方法因对加筋材料的加筋作用估计不足,导致计算结果过于保守问题,文中在充分考虑加筋体的加筋作用下,提出了加筋路堤稳定性分析新的改进分析计算方法,并同时提出采用演化算法搜索临界滑动面和最小安全系数.算例计算结果表明,提出的加筋路堤稳定性分析方法与工程实际情况吻合较好,而且混合演化算法能有效地搜索到路堤所有的临界滑动面.     

软弱土(ψ≠0)地基上加筋路堤稳定性分析

探讨软弱土(ψ≠0)地基加筋路堤稳定性分析方法.针对传统分析方法因对加筋材料的加筋作用估计不足,导致计算结果过于保守问题,文中在充分考虑加筋体的加筋作用下,提出了加筋路堤稳定性分析新的改进分析计算方法,并同时提出采用演化算法搜索临界滑动面和最小安全系数.算例计算结果表明,提出的加筋路堤稳定性分析方法与工程实际情况吻合较好,而且混合演化算法能有效地搜索到路堤所有的临界滑动面.     

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。     

一种基于Fourier-Bessel级数求解FRP筋粘结锚固径向反应的解析方法

根据FRP筋表面沿纵向呈周期的特性,提出了一种基于Fourier-Bessel级数求解FRP筋粘结锚固径向反应的实用解析方法。从轴对称问题的基本方程出发,利用标准化Fourier-Bessel级数三角函数等式,推导了修正贝塞尔方程,得到了各向同性材料和横观各向同性材料的解析解,最后针对FRP筋粘结式锚具的边界条件,得到了钢套筒约束的粘结介质以及FRP筋在径向应力作用下的位移和应力计算公式。解析解与有限元解基本一致,验证了基于Fourier-Bessel级数求解FRP筋粘结锚固的径向反应是一种可靠的、实用的解析方法。计算表明,在径向应力作用下,对于钢套筒约束的粘结介质和CFRP筋,轴向位移在粘结界面的径向应力中心位置处最大;钢套筒外壁的径向位移仅为粘结界面处的径向位移1/8;CFRP筋的径向位移在中心轴为零,并向筋材表面线性增加。     

基于数值分析的土工格栅加筋陡坡路堤优化设计研究

为了探讨土工格栅加筋陡坡路堤设计参数对稳定性的影响,以G216线民丰至黑石北湖公路项目土工格栅加筋陡坡路堤工程为例,借助Midas GTS NX有限元软件实现土工格栅加筋陡坡路堤的建模,研究路堤构造形式、填土参数、筋材参数对路堤最大水平位移以及路堤稳定性的影响规律.结果 表明:填土黏聚力、内摩擦角以及土工格栅弹性模量越大,加筋路堤最大水平位移越小,路堤整体稳定性越好;对于高陡坡路堤,可以通过路堤分级的形式对路堤进行加固;"上疏下密"型布筋方式比"中间密"型以及"均布"型更能有效限制路堤的水平位移;在加筋陡坡路堤设计时,建议土工格栅的弹性模量不低于7 MPa,筋材布设层间距不大于60 cm.     

软弱土（φ≠0）地基上加筋路堤稳定性分析

探讨软弱土(φ≠0)地基加筋路堤稳定性分析方法。针对传统分析方法因对加筋材料的加筋作用估计不足，导致计算结果过于保守问题，文中在充分考虑加筋体的加筋作用下，提出了加筋路堤稳定性分析新的改进分析计算方法，并同时提出采用演化算法搜索临界滑动面和最小安全系数。算例计算结果表明，提出的加筋路堤稳定性分析方法与工程实际情况吻合较好，而且混合演化算法能有效地搜索到路堤所有的临界滑动面。     

桩承式加筋路堤等沉面高度影响因素分析

以台缙高速公路桩承式加筋路堤工程为依托,利用有限差分软件FLAC3D建立了桩承式加筋路堤三维数值模型,研究了桩帽净间距、路堤填土内摩擦角、路堤填土粘聚力、水平加筋体拉伸强度对等沉面高度的影响。计算结果表明:等沉面高度与桩帽净间距的比值为3.0~3.7;路堤填土内摩擦角越大,等沉面高度越小;路堤填土粘聚力、水平加筋体拉伸强度的大小对等沉面高度没有影响。     

桩承式路堤考虑筋材作用桩土应力比分析

针对Hewlett土拱理论设计桩承式加筋路堤桩土应力比时没有考虑筋材作用的缺陷,在Hewlett土拱理论的基础上考虑筋材的作用,建立路堤土拱、筋材与路堤土体相互作用的力学模型,推导出考虑筋材作用下桩承式路堤桩土应力比的计算公式,并通过广梧高速公路一试验段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。     

用有限元强度折减法对加筋路堤边坡特性分析

采用荷兰土工有限元软件PLAX IS,建立了未加筋路堤、等间距加筋路堤和不等间距加筋路堤三种有限元分析模型,分析路堤在三种情况下的稳定安全系数、坡脚水平位移、路堤中心地基与路堤顶部的竖向位移,并比较三种模型的计算结果。     

土工格栅加筋高陡坡路堤稳定性及其影响因素分析

土工格栅具有独特的物理力学性能,将其作为加筋材料铺设于路堤边坡中,能够有效地改善路堤的变形特性,提高路堤的整体性能。采用FLAC3D建立数值分析模型,基于强度折减法对土体抗剪强度参数及筋土界面参数进行模拟,对比分析了土工格栅对高陡坡路堤稳定性的影响。同时,研究了不同条件下路堤边坡的安全系数及潜在滑动面的变化规律。结果表明:当土体抗剪强度参数较小时,在土体中铺设土工格栅,路堤边坡安全系数可提高10%~20%;对比分析加筋与未加筋工况下路堤边坡的稳定性可知,格栅与土体的相互作用提高了路堤的稳定性,边坡滑动面向深层发展,其曲率变缓。     

镍铁渣加筋路堤填筑方法及足尺试验

通过室内试验和现场足尺试验研究了镍铁渣加筋路堤的填筑方法及应用效果。首先，通过现场取样测试了广青镍铁渣的化学成分、环境影响特性及其工程材料特性。其次，提出了基于土工格栅加筋和改性土包边的镍铁渣路堤断面形式，总结了施工工艺。然后，开展了镍铁渣加筋路堤现场足尺试验，获得了镍铁渣加筋路堤施工期及工后的沉降量、水平位移、土压力及孔隙水压力的变化规律曲线。结果表明：土工格栅加筋填筑后的镍铁渣密度为1.76~1.88 g·cm^-3，平均压实度可达93.0%。各层镍铁渣的沉降主要发生在施工期，工后沉降和沉降速率均较小。施工期最大沉降为26.24 mm，发生在路堤中部第2层镍铁渣处，小于预测值40.60 mm；实测路堤总沉降最大值为55.51 mm，小于预测值73.50 mm。上路堤施工导致第5层镍铁渣局部产生了29.64 mm水平位移，但工后各层镍铁渣的水平位移几乎为0。各层镍铁渣底的土压力呈阶梯形变化，土压力实测值与理论值吻合较好；上路堤施工对第4，5层镍铁渣影响较大，可在下路堤顶面以下1.5 m范围内增设土工格栅。厂区重车荷载传递到各层镍铁渣底的附加应力较小，路堤安全稳定性较好。上述研究表明，广青镍铁渣属于一般固体废弃物，排水性良好，浸水膨胀率低，对环境无毒害，经加筋处治后，可直接入场（非预处理）填筑，其变形和稳定性均满足路用要求。