钢网面板土工格栅加筋土挡墙现场试验研究

通过对湖南省湘潭至衡阳西线高速公路第12合同段边坡防护工程中的新型加筋土结构——钢网面板土工格栅加筋土挡墙进行现场监测试验,得到了该加筋结构形式在逐层填筑施工过程中垂直土压力及水平土压力的分布规律、拉筋的变形规律。监测试验结果表明:上下级墙底的垂直土压力沿土工格栅拉筋长度方向呈非线性分布,分布曲线并不相同,最大值在拉筋中后部且大于理论值,并随着时间的推移逐渐消散。实测墙背水平土压力由于受到约束不同,其值的变化规律亦不同。随着荷载的增加,各层拉筋的应变也随之增大且靠近墙面板处的拉筋变形最大。受施工荷载、气候等各方面的影响,部分拉筋出现了负应变。工程实践表明该加筋结构形式设计合理、安全可靠、受力性能良好、绿化效果显著。     

加筋土挡墙变形和受力特性原位荷载试验研究

为了研究加筋土挡墙在路基面荷载作用下的受力和变形特征,通过拉拔与原位荷载试验,进行了加筋土墙体水平土压力、墙面水平变形及拉筋应力等分布规律的研究。结果表明:筋材应力沿其长度方向呈单峰值分布,峰值距墙面1.5 m处;加载初期墙面水平位移沿墙高呈反"S"形曲线分布,极值位于墙顶和中下部;路基面荷载作用主要影响挡墙上部土压力分布,相应的侧向附加土压力近似呈倒三角分布;由于加筋土的扩散、卸载成拱效应的影响,使得竖向附加土压力向下衰减比传统挡土墙更快。     

条形面板加筋土挡墙拓宽旧路基的三维数值模拟分析

采用ABAQUS软件对条形面板加筋土挡墙拓宽旧路基建立三维弹塑性有限元模型,将新老路基与地基作为一个整体考虑,计算并分析不同工况新旧路基位移与应力分布、面板侧向位移、旧路基变形特征以及筋材应变的变化规律.结果表明,该三维有限元模型能够很好地模拟加筋拓宽路基变形、基底土压力变化、墙面侧向位移以及土工格栅应力应变的分布规律.     

斜梁式浅埋箱型卸煤沟土压力分布模型试验

对斜梁式浅埋箱型卸煤沟进行了1／10缩尺的钢筋混凝土模型试验，测定了在模拟汽车荷载和集中荷载作用下的侧向土压力和基底反力。结果表明：移动荷载作用位置对侧向土压力、基底反力的影响较小；基底反力呈抛物线分布并随荷载的增加而增加；侧向土压力近似于三角形分布，与按静止土压力公式计算结果接近。     

车辆荷载在挡土墙上引起的附加土压力研究

为了研究路面车辆在挡土墙上引起附加土压力的分布规律,结合330国道莲都至缙云段改扩建工程中悬臂式挡土墙的施工,在挡土墙的底板上方和立板内侧埋设了一系列的土压力盒,以工地施工用30 t自卸式货车为荷载源,采用定点停车方式加载,测试了路面车辆荷载(静载)引起的附加竖向和侧向土压力,并将测试结果与规范均匀分布法和弹性力学Boussinesq解进行了对比分析。结果表明:实测附加侧向土压力沿墙高呈非线性分布,峰值出现墙高的中部,峰值随车辆停车位置距挡土墙距离的增加而减小;底板上的附加竖向土压力在横断面方向上也为非线性分布;附加土压力实测值与现行公路设计规范采用的均匀分布法计算结果有较大的差异;若采用均匀分布法确定车辆荷载引起的附加侧向土压力,附加侧向土压力引起的弯矩或倾覆力矩可能被低估,使挡土墙下部的抗弯拉能力和抗倾覆能力不足,同时对于变截面挡土墙(墙身截面尺寸随高度增加而减小),可能造成墙身中上部抗剪强度过小而发生剪切破坏;实测附加侧向土压力的分布规律与Boussinesq解基本一致,但竖向附加土压力较Boussinesq解要大。建议在挡土墙(特别是重载道路挡土墙)设计时采用多车道同时作用有标准车辆时的Boussinesq解作为挡土墙的车辆附加荷载。     

填土碾压对挡土墙土压力和位移的影响分析

路基挡土墙是城市道路中的常见结构物,具有节约空间、减少路基填方等优点。在路基填筑过程中,填土荷载和碾压荷载都会对挡土墙产生挤压作用,导致挡土墙承受侧向应力并产生位移。该文结合盐城市范公路某标段路基填筑施工,在现场埋设土压力盒和测斜管进行试验研究,得到了土压力和位移的发展规律。路基中垂直土压力主要由土体的重力引起,基本随土体深度呈线性分布。在碾压过程中对墙背水平土压力影响很大,填土不高时水平土压力接近于被动土压力,但随着填土高度增加其增长速度放缓,在填土1.0~1.4m高度达到最大值后出现明显下降,最后趋近于静止土压力。挡土墙位移基本是绕墙底的转动位移,施工前期位移增长缓慢,到后期填土接近墙顶时位移发展很快。最后利用有限元软件很好地模拟了路基中土压力的分布和挡墙位移。     

L形面板加筋土挡墙拓宽旧路基的三维有限元分析

将加筋土挡墙应用于旧路基拓宽工程,采用土工格栅加筋结合L形钢筋混凝土面板的直立式加筋土挡墙,将地基、新老路基作为一个整体考虑,利用ABAQUS软件建立三维有限元弹塑性模型,计算并分析了土工格栅及铺设层数对拓宽路基顶面位移与应力分布、面板侧向位移以及旧路基变形特征的影响,及土工格栅抗拉强度在拓宽路基中的分布规律。结果表明,该三维有限元模型能够很好地模拟拓宽路基加筋后顶面沉降、面板侧向位移、顶面平均应力分布以及土工格栅抗拉强度的变化规律。     

柔性拉筋式重力墙地震土压力计算方法研究

为有效确定地震荷载作用下柔性拉筋式重力墙的土压力，基于塑性极限分析上限法及拟静力法，采用对数螺旋面作为滑裂面，通过对挡墙后填土进行内能耗散功率与外力功率的计算，建立了拉筋式重力墙地震土压力分析模型。通过算例分析，对比数值模拟与研究提出的算法结果，验证了所提出算法的合理性，并就填土及拉筋的相关参数对地震土压力的影响进行了讨论。结果表明:随着填土强度参数的增加，地震土压力呈非线性减小；土压力随着土工格栅间距的增大而呈非线性增大；随着顶层拉筋长度的增加，土压力呈非线性减小趋势；当顶层拉筋长度大于10 m时，土压力值基本不变。     

刚性桩-半刚性桩-土工格栅增强路基承载及影响参数

刚性桩-半刚性桩-土工格栅是加固路基工程的一种有效方法,与传统桩网结构路基相比,桩-土相互作用更为复杂。为分析其承载特性,尤其是刚性桩桩身长度、桩径、桩间距和土工加筋材料及其种类对路基沉降和桩土应力比的影响规律,研究了复合路基加固优化设计方案,开展了在静力荷载下的室内模型试验和有限元方法理论计算。研究结果表明：刚性桩和半刚性桩的承载力均主要由侧摩阻力分担,但侧摩阻力发挥程度存在一定差异;路堤上部荷载在刚性桩-半刚性桩-土工格栅加固路基中沿中心桩体向边缘桩体传递,沿路堤行车方向向路堤横断面方向扩散;桩顶平面土体沉降在横断面上呈“W”分布,刚性桩能够显著减少其桩顶位置土体沉降量;在一定范围内,增加刚性桩的桩身长度、增大桩径、减小桩间距,能够减小7.12%～35.96%的路基土体变形和路基总沉降量,并提高路堤承载能力;在路堤中设置土工加筋材料,其与碎石垫层协同工作,可协调荷载在路基中重新分配,使其内部应力分布更为均衡;与土工格栅相比,土工格室具有三维立体结构,对减小路基内部土体沉降和调节荷载传递有更好的效果。在实际工程中,应根据上部荷载和地质条件,合理设计桩身长度、桩径和桩间距,选用合适的横...     

互锚式挡土墙土压力分布规律研究

互锚式挡土墙具有整体性好、抗震能力强等特点,但由于锚杆的互锚作用,其土压力的分布规律较传统挡墙差异很大。为研究互锚式挡土墙的土压力分布规律,进行了室内模型试验和FLAC3D数值计算。模型试验在墙后不同填土深度埋设土压力盒,监测了墙不同填土高度的竖向土压力、侧向土压力以及土压力的横向分布。对照模型试验结果,利用FLAC3D数值计算对模型试验结果进行了验证。结果表明:互锚式挡土墙土压力分布存在明显的三维土拱效应;竖向土压力、侧向土压力和横向土压力均呈非线性分布;竖向和侧向土压力的峰值出现在锚杆附近。     

软基桥头路基填筑对桥台桩的影响

为考察台后路堤荷载导致的地基软弱下卧层压缩和水平移动作用下的桥台桩基受力性状,建立了桥台桩基的三维有限元模型,验证了其合理性,并通过设置桩-土接触单元分析了桥头路基填筑对桥台桩基受力性状的影响.结果表明:由于桩的“遮拦效应”,前排桩桩-土“绕流”现象较后排桩更为明显；同时,桩的阻拦作用使桩周土体位移值较自由土场预测值偏小；桩-土相对位移较大时桩平均侧向压力与桩-土相对位移呈非线性关系；每级荷载下最大桩侧土压力约为路堤荷载的74％；路堤荷载大小与桩身最大弯矩值的关系与基桩所处位置有关,并非简单的双折线关系；在影响桩身弯矩因素中,软土层力学性质对桩身弯矩影响较桩身模量更为明显；桩在受轴向力和侧向力耦合作用下,桩基础的承载力会有所提高,但不明显.     

竖向循环荷载下单桩的累积沉降特性模型试验

高速公路、铁路桩承式路基中桩基的累积沉降发展对路基变形影响很大,为有效控制路基变形并利于后续运营,有必要深入研究竖向循环荷载下单桩的累积沉降发展规律。通过新研发的土体加压装置对模型试验中桩侧土体施加额外的侧向压力,开展了竖向循环荷载下双层地基中单桩模型试验,基于模型试验结果分析了循环荷载下侧向压力对桩顶累积沉降的影响,并进一步探究了侧向增压地基中循环荷载频率、循环荷载比（CLR）、静偏荷载比（SLR）对桩顶累积沉降的影响。研究结果表明：增加侧向压力不仅提高了单桩的极限承载力,还对循环荷载作用下桩顶累积沉降的影响明显,尤其循环荷载较小时增加侧向压力可能会改变桩顶累积沉降的发展模式。循环荷载下单桩的桩顶累积沉降明显受到循环次数、SLR、CLR及循环荷载频率的影响,桩顶累积沉降随着循环次数、CLR和SLR的增加而增大,且在循环加载前期的桩顶累积沉降发展较快,CLR对桩顶累积沉降的影响比SLR的大;荷载频率的增大同样会导致桩顶累积沉降增加,并朝着不利于桩基安全的方向发展;发展型的桩顶累积沉降与循环次数的关系可用对数函数进行表述。当前仅以荷载大小作为桩顶累积沉降发展类型的判定标准存在一定的局限性,应在工程设计及运营中特别注意循环荷载频率、CLR、SLR等因素的影响。     

高路堤返包式加筋土挡墙的试验研究

为研究高路堤返包式加筋土挡墙结构的荷载状态和筋土相互作用,以我国西南山区一典型的高路堤返包式加筋土挡墙为工程依托,其上部为8 m高的未加筋路肩,下部为14 m高的返包式土工格栅加筋路堤,现场安装土压力盒及筋带柔性位移计,开展为期1 a的现场监测试验,深入分析加筋土体内部垂直土压力、土工格栅应变的分布规律以及加筋土挡墙的潜在破裂面形式。测试结果表明:格栅的网兜效应在土体中形成托举力,使得土工格栅可以有效改善筋土复合体内部的应力分布,减小垂直土压力;对于上部有路肩填土作为超载的加筋路堤挡墙结构,其加筋土体可划分为"斜坡荷载影响区"和"垂直荷载影响区",两区分界位置附近的垂直土压力和土工格栅应变均出现峰值;土工格栅应变沿筋长方向呈非线性分布,距离坡面4 m内的土工格栅变形在工后有随时间增大的趋势,但筋带最大拉伸应变仅为1.32%,筋带受到的最大荷载不超过40 kN/m,远小于其极限拉伸强度(165 kN/m);由实测筋带变形推算的潜在破裂面与采用GeoStudio和Geo5数值计算的潜在破裂面趋势较为一致,但数值计算的潜在破裂面相对于实测推算更靠近加筋土体内部,路堤的整体稳定性更高,数值计算结果偏于安全。     

列车荷载作用下路基结构动力响应分析

针对秦沈客运专线场地条件,采用有限元-无限元相结合的手段,建立列车荷载作用下路基结构动力反应的有限元数值模型,分析了列车荷载作用下,路基动力响应的分布规律,并探讨了列车速度对路基振动反应的影响规律。结果表明:路基土中竖向动应力幅值随深度增加而迅速衰减;随着列车速度的增加,路基顶面的动应力幅值呈增加趋势;列车荷载对轨道路基的影响主要体现在基床部位,因此对于高速铁路需要对其进行加强。所得结论,为铁路路基设计和加固提供了理论依据。     

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。     

路基荷载下地基非线性沉降计算

准确合理地确定地基变形参数是路基沉降分析中尚未很好解决的问题,结合压板载荷试验结果和地基应力水平研究了土质路基荷载下地基土体切线模量的分布特征,在路基中心和路肩下切线模量沿深度呈递增变化,在坡脚下切线模量沿深度呈弓形分布,同一深度土体的切线模量沿路基横向均呈倒Z形分布。由分层总和法对中等压缩性土进行非线性沉降分析,结果表明,切线模量法的沉降计算精度远高于压缩模量法。     

填土荷载对邻近桩排影响的有限元分析

建立了填土荷载对邻近桩排作用的三维有限元模型,分析桩顶边界条件和桩-土接触变化时桩基的不同性状,探讨了桩-土间土拱效应,分析了桩身挠曲、桩侧土压力和桩身轴力同填土荷载之间的变化规律。结果表明,填土荷载作用下,桩身挠曲与填土荷载成非线性关系,可以用三折线模型来模拟;桩顶自由时,桩前的土压力介于朗肯主动土压力和被动土压力之间,呈非线性分布。同种土中,桩侧土压力沿桩身呈线性分布,但比Ito理论和沈珠江理论求得的极限土压力都小。桩-土间设置接触单元能更实际地模拟桩基负摩擦力。所得结论对研究被动桩桩-土相互作用以及桥台桩基的设计和施工提供参考。     

无连接挡板高填方路堤薄壁挡土墙土压力模型试验研究

根据远当国防公路扩建工程,提出无连接挡板高填方路堤薄壁挡土墙新型结构。应用土压力盒和钢筋应变片进行模型试验,测试挡土墙土压力分布规律和拉筋应变的变化规律。挡土墙土压力不同于经典土压力理论,从挡土墙顶部向下到1 3高度以上,土压力分布呈线性增加,1 3高度以下,土压力随高度变化不大;土压力的分布规律与挡土墙面板后填料的性质无关。试验及分析表明,该连接挡板式薄壁挡土墙结构是一种合理、经济、可以应用于高路堤实际工程的新型挡土结构。     

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。     

整体式斜交桥台-桩-土体系往复加载拟静力试验

将整体式桥台引入斜交桥中形成整体式斜交桥，可有效改善地震中桥梁上部结构纵横向耦连效应造成的面内扭转及落梁现象；但整体式桥台中主梁与桥台浇筑为一体，在地震作用下将发生复杂的桥台-桩-土相互作用。为此，以某整体式斜交桥为原型，开展了斜交桥台-H形钢桩-土体系往复加载拟静力试验研究，探究了体系的抗震性能、台后土压力分布规律以及桥台和钢桩的水平变形特征等。结果表明：斜交桥台-H形钢桩-土体系具有较高的耗能能力及延性，台后土对体系的抗震性能影响显著。台后土提高了体系抗侧承载力及刚度，但亦造成正负向受力不对称性，其中正向抗侧承载力及刚度明显高于负向，但残余承载力及位移明显小于负向。在小位移（<0.01H，H为桥台高度）下，斜交桥台的台后土压力沿埋深方向近似呈三角形分布，最大土压力位于台底；沿水平方向呈抛物线形分布，最大土压力位于距桥台锐角0.25 m处；沿纵桥向呈三角形分布，最大土压力位于台背。在大位移（≥0.01H）下，台后土靠台背处出现明显扇形塌陷区域，导致桥台顶部土压力降低，沿埋深方向开始呈双折线分布，沿水平方向呈三折线分布，最大土压力位置不变；沿纵桥向呈双折线分布，最大土压力与台背距离随加载位移逐渐增加。试验结束时，桥台顶部塌陷区域深度近500 mm，宽度近600 mm。加载过程中桥台基本为刚体，出现平动及转动位移；由于部分台后土流动至钢桩前侧，钢桩顶部产生朝向台后土方向的局部累积变形，桩身水平变形在埋深0.25 m处出现拐点及最大值，而非桩顶，试验结束后无明显残余变形。