基于桩-土相互作用的刚性桩荷载传递机理研究

通过离散广义桩、土单元,构建了考虑桩-土相互作用以及水平加筋体兜提作用的基本方程,并编制了计算程序,利用已有工程试验验证了模型和基本方程的正确性。在模型基础上,以福厦高速公路改扩建工程为依托,分析研究了路堤刚性桩的荷载传递机理。研究表明:桩顶无桩帽时,桩体荷载分担比显著下降;考虑加筋作用后,桩体荷载分担比有所提高,且随填土高度的增加提高越显著,三层土工格栅较之一层土工格栅对桩体荷载分担比的提高不明显;在不同的填土高度下,桩侧摩阻力中性点的位置均在桩身中部,且加筋对桩侧摩阻力的改变不明显。     

刚性桩加固软土路基设计方案探讨

采用有限元软件Plaxis建立了四个模型,通过对比模型计算结果,分析了土工格栅和桩帽对刚性桩加固软土路基中的作用,并与柔性桩加固软土路基的效果进行对比。结果表明:土工格栅对调节桩土应力比、均化沉降有一定作用;桩帽对提高桩土应力比、减小差异沉降的作用较明显;与柔性桩相比,刚性桩更能有效控制路堤总沉降和约束地基土体的侧向位移。     

桩与土工加筋层对公路路堤地基承载力的影响

为了研究桩与土工格栅加筋垫层联合作用对高速公路软土地基的加固效果,利用平面应变弹塑性有限元方法,建立路基的二维有限元模型进行数值计算.分析桩顶铺设土工合成加筋垫层对提高复合地基承载力和稳定性所起的作用,包括在置换率一定时,不同桩径和桩间距对地基沉降和稳定性的影响,以及在置换率增加时,复合地基承载能力的提高规律;并对加密路面或路堤边坡范围内桩间距能减小路堤总沉降和改善不均匀沉降的效果进行计算分析.有限元分析结果表明:桩与土工加筋层能很好地控制公路地基的不均匀沉降,尤其对于软土地基效果更为明显,且通过加密路面范围内的桩间距能有效减小路堤沉降并改善路面的不均匀沉降.     

考虑桩土滑移的路堤下刚性桩复合地基沉降计算

为建立能考虑桩土滑移特性和桩间土非均匀压缩变形特征的路堤下刚性桩复合地基沉降计算方法,以均布荷载下等桩长刚性桩复合地基中单桩等效加固单元体为研究对象,基于桩土相互作用的上部负摩阻塑性区、中部协调变形弹性区和下部摩擦承载塑性区三区段模式,采用剪切刚度和极限摩阻力随法向应力变化的等单位长度极限剪切位移理想弹塑性模型,建立了弹性区非线性和塑性区非均匀的桩侧摩阻力分布模型;考虑桩土滑移特性及桩间土非均匀压缩变形特征,根据单元体桩土荷载传递微分方程,导出了表征路堤下刚性桩复合地基性状的沉降和桩土应力比的解析表达式,分析了路堤荷载及垫层柔度系数对沉降和桩土应力比的影响。研究结果表明:沉降随路堤荷载及垫层柔度系数的提高而增大;桩土应力比随垫层柔度系数的增加而减小,随路堤荷载的提高呈先增大后减小的变化趋势,据此提出了采用最大桩土应力比进行路堤下刚性桩复合地基承载力及沉降设计的技术原则。     

桩承式加筋路堤关键问题研究

利用弹塑性有限元方法研究了桩承式加筋路堤应用中的几个关键问题,包括桩承式路堤的沉降组成和分布规律、适用条件、荷载分担比的影响因素等。具体研究了未打穿软土层情况下不同路堤高度时的路堤沉降规律,在打穿和未打穿2种情况下荷载分担比随桩托板尺寸、桩间距、路堤高度等因素的变化规律及土工格栅的作用。结果表明:路堤沉降主要取决于桩端以下软土层的压缩;荷载分担比随桩托板尺寸和路堤高度的增加而增大,随桩间距的增加而减小;土工格栅对荷载分担比和路堤沉降影响都不大。     

路堤荷载下带受力盘塑料套管混凝土桩受力及变形研究

针对带受力盘塑料套管混凝土桩(简称带受力盘TC桩)群桩基础在路堤荷载下的受力及变形,选取上海市奉贤区奉浦大道道路建设工程桥头带受力盘TC桩处理段进行现场试验,通过在路基埋设土压力盒、钢筋应力计、表面沉降板、分层沉降管研究在路堤荷载下带受力盘TC桩受力及变形机理。结果表明:带受力盘TC桩桩身存在负摩阻力;经带受力盘TC桩加固处理后,路基总沉降量小,工后沉降得到有效控制,能满足设计及施工要求;作用在盖板上的应力基本由桩体承担,通过侧摩阻力和端阻力传递给深层地基土体。     

路堤下水泥土桩复合地基荷载传递规律研究

考虑到路堤荷载下水泥土桩复合地基变形特性,假设了桩间土竖向变形模式,在此基础上,根据弹性力学基本原理,推导得到了水泥土桩复合地基桩身轴力与桩侧摩阻力的解析表达式。理论分析和有限元计算表明,路堤下复合地基桩身出现中性点,中性点以上产生负摩阻力;桩侧正、负摩阻力以及桩身轴力随桩体模量增加或土体模量减小而增加,随桩顶荷载增加而增加。理论计算结果与有限元计算结果比较一致。推导的桩身轴力与桩侧摩阻力解析表达式可为工程应用参考。     

路堤荷载下水泥土搅拌桩复合地基荷载传递机理研究

采用数值计算方法,系统研究了桩体压缩模量、桩间距及桩长对水泥土搅拌桩复合地基荷载传递的影响。研究结果表明:随着桩间距的逐渐增大,桩身轴力、桩侧摩阻力及桩土应力比也随着逐渐增大,而桩体荷载分担比逐渐减小;随着桩体压缩模量或桩长的逐渐增大,桩身轴力、桩侧摩阻力、桩土应力比及桩体荷载分担比均是逐渐增大。在工程实践中,通过增大桩体压缩模量和桩长,减小桩间距,就能使桩体承担更多的上部荷载,从而充分发挥桩体作用。     

土工袋装砂石桩复合路基的理论研究和数值模拟分析

针对土工袋装砂石桩复合路基,通过有限元分析方法研究了路堤长期堆载下袋体包裹长度、土工袋刚度以及置换率对复合路基的性状影响。数值计算结果表明:与普通砂石桩相比,袋装砂石桩复合路基的桩土应力比显著提高,土体沉降变形明显减少,桩身鼓胀变形得到有效限制;在一定范围内增加袋体刚度能有效提升复合路基承载性能;荷载较小时,增加袋体包裹长度对桩土应力比及沉降的影响并不明显,随着路堤高度增加,需全长包裹以减少桩体沉降;增大置换率一方面有利于减少桩体沉降,而另一方面将减少桩体的有效利用率。基于单元体模型,推导了袋装砂石桩的变形和应力的弹性解析解,并通过有限元分析方法对理论解进行验证,得到较好的吻合度。     

桩-网复合路基变形机理的数值分析

基于桩-网复合地基桩-网-土体系作用机理的复杂性,理论研究落后于工程实践等现状,对桩-网复合路基变形机理理论进行了分析,运用有限元数值模拟的方法,对一种新型软土地基处理的路基的沉降、侧向位移、差异沉降进行了数值分析研究。结果表明:(1)在垫层与填土间加入土工格栅后,能减少路基顶面及底面的沉降,但能够更明显地减少路基顶面及底面的差异沉降和坡脚侧向位移;(2)桩间土强度的增加对于路基底面最大差异沉降的影响要比路基顶面要大,路基顶面最大差异沉降的增加大致与桩间距的增加呈正比关系;(3)路堤底面的沉降量出现谷值点是由于桩体作用所致,峰值点是由于土拱效应所致;(4)较大的土工格栅拉伸模量对于减小路基顶面沉降的效果是不明显的,合适的土工格栅拉伸模量能够减小经济投入。     

土工格栅包裹碎石桩力学特性数值模拟分析

为了研究加筋包裹碎石桩中土工格栅和碎石的力学参数对桩体承载性能的影响程度,基于室内试验建立ABAQUS三维有限元计算模型,分析碎石内摩擦角、碎石弹性模量和土工格栅弹性模量对桩体承载力、桩身侧向变形和桩土应力比的影响,探讨分析了3个参数提高桩体承载性能的作用机理。结果表明:碎石内摩擦角对加筋包裹碎石桩的桩体承载力的敏感度最高,碎石弹性模量对桩土应力比的敏感度最高,土工格栅弹性模量对桩身最大侧向变形的敏感度最高;碎石内摩擦角、土工格栅弹性模量、碎石弹性模量对于桩体承载性能的影响分别主要表现为提高桩体承载力、减小桩身侧向变形,以及提高桩土应力比、增强桩身荷载传递性能。     

砂土中双桩负摩阻力模型试验研究

已有桩基负摩阻力研究多关注于桩周土体为粘土的情况,桩周土为砂土的模型试验相对较少。设计实施了砂土中单桩及双桩负摩阻力模型试验,试验中对桩顶与土表进行了分级加载,测定了模型桩桩身应变、桩顶位移以及土体分层沉降。试验结果表明:由于土表分级荷载作用下的土体沉降增加值大于桩沉降增加值,桩基中性点位置存在下移趋势。受群桩效应的影响,桩顶荷载作用下单桩沉降小于双桩沉降,土表超载作用下3倍桩间距的双桩沉降最小。从桩身轴力最大值分析,5倍桩间距的双桩可忽略群桩效应。随土表超载分级加载,单桩负摩阻力有效应力系数因侧摩阻力发挥所需桩土相对位移的影响而逐渐减少,而双桩的负摩阻力有效应力系数逐渐接近单桩时的数值。     

临水路堤微型桩-承台-挡墙结构受力与变形特性数值分析

微型桩-承台-挡墙组合结构作为一种新型支挡结构,其受力变形特性研究尚不完善。文中结合某临水路堤支挡工程,采用ABAQUS有限元软件建立微型桩-承台-衡重式挡墙加固路堤三维数值模型,模拟该结构各组成部分受力与变形特性,分析不同桩间距、桩排距和填土内摩擦角对微型桩内力与变位的影响。结果表明,墙体整体向外侧移动并向内侧轻微转动,墙底位移大于墙顶位移,土体产生的水平应力主要集中在衡重台附近;承台与微型桩连接处产生明显应力集中现象;微型桩水平位移沿桩身逐渐减小,桩体表现出主动防护作用,在桩顶出现一定范围轴向拉力分布,桩身弯矩呈勺子形,峰值出现在土层分界面处,桩身剪力方向与滑坡方向相同,上部荷载的影响使滑面以上桩身剪力变化很小;合理的桩间距为5～6倍桩径,排间距在5倍桩径时桩身受力情况最好,填土内摩擦角超过30°时桩身受力与变形变化不明显。     

波纹塑料套管煤矸石CFG桩复合路基承载试验

CFG桩身外侧套上内径合适的波纹塑料套管形成统一整体,能较好改善耐久性和表面受力特性,采用理想弹塑性荷载传递函数,提出了一种竖向受荷桩顶荷载与位移比计算方法。在此基础上,依托某矿区周边CFG桩工程,按照相似理论设计完成天然路基、煤矸石CFG桩复合路基、波纹塑料套管+煤矸石CFG桩复合路基、土工格栅+波纹塑料套管+煤矸石CFG桩复合路基4组模型试验,得到复合路基在加载过程中的沉降、桩土应力比、土工格栅拉应变等变化规律,初步探讨波纹塑料套管和土工格栅对CFG桩复合路基受力特点和变形规律的影响。研究结果表明：波纹塑料套管包裹桩身,能提高复合路基承载能力,降低桩土应力比和桩土荷载分担比,其中桩土应力比峰值降低29.5%,桩土身荷载分担比峰值降低7.8%,桩端阻力比与荷载呈负相关,且荷载越高,相关程度越显著;土工格栅作用于碎石垫层,桩土应力比提升幅度为10.7%～23.5%,桩土荷载分担比提升幅度为2.9%～8.4%,路基整体沉降、桩端阻力比进一步降低;随着荷载不断增加,土工格栅拉应变提升幅度越来越快,其中桩顶土工格栅拉应变最大,四桩区域中心最小,验证了土工格栅的张拉膜效应。     

双向增强体复合地基沉降分析

将水平加筋垫层视为一弹性薄板,地基土体简化为Winkler弹性地基模型,考虑水平加筋体的影响,由功的互等定理推导出双向增强体复合地基沉降计算式.该式综合反映了水平加筋垫层抗弯刚度、桩间距、地基土体基床系数、上部荷载等因素对复合地基沉降的影响.完成了一组"刚性桩+土工格栅"复合地基载荷试验,用文中方法计算其逐级加载下的沉...     

超长桩竖向承载力模型试验及有限元研究

按照一定的相似比,进行了桩顶竖向荷载条件下的超长桩室内模型试验,通过对其桩顶沉降量及桩身应变值的测定,计算出了桩身压缩量、桩身轴力、桩侧摩阻力、桩土相对位移等能够反映超长桩受力性质的量,绘制曲线并分析了超长桩的竖向承载力特性。利用有限元软件Midas gts-nx,通过改变桩体和土体自身的不同性质,计算出了竖向荷载作用下超长桩的荷载-沉降曲线,并讨论影响超长桩竖向承载力发挥的各种因素。     

碎石桩与土工格栅联合加固高原湿地软路基机理研究

针对内蒙古高原湿地软路基的特殊土质,结合碎石桩和土工格栅在地基加固中的作用特点,提出用碎石桩与土工格栅联合加固的方案来处理穿越高原湿地的软弱路基。并利用平面应变弹塑性有限元数值分析方法,对这种路基的受力性状、作用机理进行了多方面研究。结果显示土工格栅在其中起到类似抗拉膜的作用,从而控制地基的不均匀沉降,减小路堤坡脚附近的侧向位移,增加路基的极限承载能力。但格栅对路基沉降量的影响则较小。通过实际沉降观测表明理论分析和实际效果是一致的。     

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。     

双向土工格栅处理桥头跳车的试验研究

为了研究桥头跳车问题,对采用双向土工格栅加筋与短搭板相结合的方法在武汉阳逻长江大桥接线上进行了实体工程试验研究,对桥头加筋和没有加筋路堤的分层沉降和地基沉降,以及路堤中的土压力进行了对比观测。建立了考虑土工格栅-土界面接触特性的有限元模型,分析了双向土工格栅加筋层数、层间距、格栅的抗拉模量,桥头路堤填土的模量、粘聚力、内摩擦角和地基土的力学性质时桥头路堤沉降的影响规律。结果表明,采用双向土工格栅加筋和短搭板相结合的方法,可以达到消除桥头跳车的目的;从桥头路堤表面向下以一定层间距布设加筋层,随加筋层数的增多(加筋深度随之增大),外荷引起的附加剪应力能向更深处传递,是加筋效果提高以致桥头差异沉降减小的重要原因,但最大有效加筋深度约为2.5～3.6m;当格栅层数一定时,如果采取等间距布置,适中的层间距时桥头路堤沉降最小;增加填土的弹性模量和内摩擦角或土工格栅的刚度,可以有效降低双向土工格栅加筋的桥头路堤沉降。     

CFG桩网复合地基路堤施工变形影响因素的三维模拟分析

以江西某高速公路某经CFG桩网复合结构处理的深厚软基试验段为研究对象,运用FLAC3D有限差分软件,计算分析了桩长、桩间距、褥垫层厚度以及土工格栅层数等设计参数对桩网复合地基在路堤填筑时路基变形的影响。计算结果表明:路基表面变形随桩长的增大而减小,随桩间距的增大而增大,两者对路基表面变形影响程度较大;垫层厚度对路基表面水平位移影响程度较小,而对路基沉降有一定的影响;土工格栅层数对路基表面沉降影响程度较小,而对水平位移有较大影响。因此,从节约工程成本和软基加固效果综合考虑,设计参数采用桩长为21m与15m的混合桩、桩间距布置为2.0m、褥垫层厚度设为0.4m、设置一层土工格栅的加固方案更为合理。