桩间复合结构土拱效应试验研究与应用

西南山区高陡边坡多采用桩与桩间墙、桩板墙、桩间土钉墙的组合加固结构,由于土拱效应的存在,桩及桩间结构的受力发生重分布。利用自制的土拱试验仪(发明专利号ZL 200910058441.6),考虑桩间土体的内摩擦角对桩间土拱的影响,对不同桩间距、桩截面尺寸的试验模型进行了对比试验,探讨土拱的形状、土拱效应对边坡坡体应力分布的影响,提出了土拱拱高和拱轴线方程。结合某铁路高边坡的桩间挡土墙加固结构,提出考虑土拱效应的边坡潜在滑移面的剩余下滑力、墙后土压力的计算方法。     

南昆铁路支挡结构主动土压力分布图式

土压力分布是支挡工程设计的重要问题。根据南昆铁路6处支挡结构的土压力实测资料，在理论模式的基础上，修正提出土压力分布的如下抛物线图式：Px=a[(y-y^a)／(A01)]^b。进而推导了土压力最大值点，水平土压力合力及其作用点的公式。分析南昆铁路支挡结构土压力分布的拟合图式表明，与库仑主动土压力相比，挡土墙、土钉墙与之相近，桩和锚拉式桩板墙约大1．3～1．5倍：合力作用点，挡土墙、锚拉式桩板墙约为2／5墙高，土钉墙、锚拉桩约为1／2墙高。据此得出南昆铁路土压力分布的简化图式。     

静动荷载下桩网结构路基土拱效应细观分析

研究目的:为研究列车荷载下桩网结构路基中土拱效应的形成机理和受力特性,本文通过建立桩网结构路基简化离散元模型,利用PFC~(3D)软件对土拱效应机理进行细观研究,分析颗粒间的接触力链、颗粒的横向及竖向位移以及路基中的颗粒应力竖向分布。研究结论:(1)动荷载作用后,桩间土应力增加,土拱效应被削弱;(2)动荷载作用下,路基中会形成动力土拱,大部分动力会沿动力拱传递至桩顶上方;(3)等沉面的形成与位移拱有关,位移拱范围内桩顶上方颗粒挤入桩间土区域,从而导致位移拱范围外桩顶颗粒竖向位移增大,而桩间土颗粒竖向位移减小;(4)路基中设置土工格栅会降低土拱高度,削弱应力拱内多个虚拟土拱的作用,但比土拱更能提高桩土应力比;(5)本研究结果可为铁路路基结构工作机理分析提供思路和方法。     

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。     

高速铁路扶壁式挡土墙设计研究

依托京津地区高速铁路工程项目,对墙高6~12 m扶壁式挡土墙的设计进行研究,分析不同填料高度、墙高、墙底板宽度等参数条件下扶壁式挡土墙受力的变化规律。研究结果表明,墙高6~8 m时,扶壁式挡土墙所受土压力随着墙高的增加而增大,且增幅逐渐加大;填料高度增加时,扶壁式挡土墙所受的土压力有增大的趋势;挡土墙所受土压力与墙踵板宽度成正比。基于经济实用性与安全性的考虑,承载力较低的地基不宜采用墙高大于8 m的扶壁式挡土墙。     

高压旋喷桩施工对既有铁路路基变形影响研究

高压旋喷桩在湿软黄土地基加固时效果良好,施工方便,适用于黄土地区既有路基帮宽工程地基处理,但其施工过程中会产生挤土效应,影响既有线路的运营安全。以某在建高速铁路引入既有城际铁路工程为依托,结合挤土试验和实测数据,探究高压旋喷桩施工对既有铁路路基变形影响规律。结果表明,对于单桩挤土试验,高压旋喷桩挤土效应与桩周土体距桩心距离呈负相关变化,距离桩心越近,挤土效应越明显。高压旋喷桩沿竖向挤土效应与土层位置、土层压缩系数和湿密度等相关,沿桩深度方向周围土体侧向位移变化在埋深0～5 m范围最为显著。高压旋喷桩施工后,周围土体会出现回缩现象,现场测试各测斜孔回缩值在0～2 mm之间。多桩施工时,高压旋喷桩周围土体会产生位移累积效应,挤土试验中所选4根桩全部施工完成后,距桩心2 m位置处的测斜孔,其侧向位移在埋深0～2 m范围达8 mm以上。既有路基变形实测发现,应力释放孔和高压旋喷桩施工时可导致既有路基上拱或沉降,既有路基监测点最大累计上拱量5.95 mm,最大累计沉降量7.13 mm。通过采取在既有路基坡脚设置应力释放孔、高压旋喷桩由内向外施工并严格控制高压旋喷桩施工参数的措施,可保证既有线路基...     

考虑土拱效应的锚杆加固桩间土机理研究

研究目的:桩板墙是一种常见的铁路边坡防护工程,桩间板在施工前需要先开挖桩前土。因此为保障桩间土的稳定性,桩间常常逆作法施工锚杆,但由于该支护方法的机理尚不明确,尤其是当悬臂高度较大时桩间土极易发生垮塌,给后期施工带来安全隐患,并增加桩板墙背侧土方回填的费用。因此,论文重点围绕桩间土拱效应与锚杆加固的机理进行研究,以期为类似工程的设计及施工提供帮助。研究结论:(1)通过在桩间施工一定数量的锚杆,可有效降低桩间土发生局部垮塌的风险,使得锚杆能够紧密地连接桩间欠稳定土体、土拱压密土体及后方的稳定土体,土拱拱圈附近的密实土体发挥了锚杆锚固段的作用;(2)数值分析结果表明,受桩间土拱效应分布的几何形态的影响,锚杆布置宜在相邻两根悬臂桩跨中位置适当加密,采取该类布置方式相比均匀布置能够起到更好的加固效果;(3)桩间锚杆的设计钻进深度可以采用上部较短,中下部适当加长的方案进行设计,且锚杆设计钻进深度不应超过1.5倍桩间净距。若中下部桩间土体较密实,可以考虑适当减小锚杆的钻进深度;(4)采用锚杆加固桩间土大多是应用于临时防护,为了进一步提高桩桩间土的稳定性,降低道路运营期间因桩间土局部滑塌或掉块带来的风险,或出于美化道路周边环境等因素考虑。     

土钉墙支护设汁与施工

土钉墙支护是原位土体通过土钉的加强,在坡面上喷射混凝土,形成一个土体加固区带,以此来抵御加固区带外的土压力和其他作用力,从而使开挖边坡稳定,广泛地应用于基坑支护工程中.本文以工程实例,钟对土钉支护技术特点,从设计、施工入手,探讨土钉墙支护体系理论在工程中的应用.     

注浆钢花管复合土钉墙的设计方法及研究

作为一种新型基坑边坡支护技术,注浆钢花管复合土钉墙支护体系有效克服了土钉墙挡土效果差的缺点,限制了桩后土体的变形,增强了土钉锚固的效果。本文基于单桩水平荷载试验反算地基土层水平反力系数,在不改变土钉墙设计方法的前提下,融入了注浆钢花管的设计内容,并通过实例计算验证了设计方法的可行性,为类似工程提供参考。     

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。     

《铁路路基支挡结构设计规范》(TB 100025-2006)修订情况介绍

研究目的：《铁路路基支挡结构设计规范》（TB10025—2006）-2006年6月25日正式颁布施行，为了使铁路路基设计人员更好地了解规范修订的情况、更好地运用此规范，有必要对此规范的修编原则、和内容作全面介绍。 研究结论：我国的《铁路路基支挡结构设计规范》是铁路路基支挡结构设计的专用规范，对铁路路基工程中常用支挡结构的设计、计算、结构要求等方面作出规定，使用方便，对规范铁路路基支挡结构的设计、促进路基支挡结构技术的发展起了很大的作用。     

支挡结构安全风险识别与防控研究

支挡结构在山区铁路、公路工程中应用广泛,但受地质、水文、技术、材料等因素及勘察、设计、施工、维护等环节的影响,安全问题时有发生,如何精准识别、评估、防控支挡结构的安全风险是道路工程领域亟需解决的技术难题.为此,本文基于中铁二院工程集团有限责任公司支挡结构安全风险识别、支挡结构极限状态设计、支挡结构安全性能提升的科学研究...     

重力式挡土墙可靠度设计方法研究

研究目的：为《铁路路基支挡结构设计规范》按可靠度方法进行修订编制提供依据。 研究方法：采用理论研究、试验分析、计算统计以及校核分析相结合的方法。 研究结果：建立了重力式挡土墙基于可靠度理论的设计表达式；计算并统计了按现行规范设计的挡土墙可靠指标；推荐了目标可靠指标建议值、荷载分项系数和抗力分项系数参考值；提出了重力式挡土墙可靠度理论的设计原则和计算方法。 研究结论：选取的目标可靠指标能满足工程安全要求；按本课题提出的设计方法设计出的挡墙尺寸，与传统方式的计算结果接近；荷载分项系数的取值与美国规范相近。课题研究所提出的重力式挡墙设计公式、目标可靠指标及分项系数建议值，可作为《铁路路基支挡结构设计规范》修订的参考。     

邻近地铁车站配套地下结构建造方案研究

北京地铁16号线稻香湖站配套的地下结构紧邻地铁车站北侧布置,并与车站北侧共用围护桩。由于两结构之间设置人防门和行人通道,需要截除共用围护桩。原设计的配套地下结构建造工序安排将会对地铁车站运营产生不利影响。考虑到对地铁车站运营产生影响的工序主要是共用围护桩的截除,提出的方案是:先完成配套地下结构的负二层结构浇筑,然后将负一层结构划分为3个建造单元,每个单元分别采用不同的建造方案。施工关键工况的数值模拟分析结果表明:分单元建造方案对配套地下结构中板受力状态等并没有产生明显的不利影响,围护桩的变形监测结果也表明分单元建造方案能够满足围护桩的安全要求。该配套地下结构建造方案已成功实施,为今后地铁车站配套地下结构建造方案设计提供参考。     

Design research of gravity retaining wall based on limit state design methodEI北大核心

Research purposes: Gravity retaining wall limit state design research is based on the design research of retaining structure limit state of open-cut foundation with the lateral earth pressure supported by wall body weight. This paper sums up the research thought of gravity retaining wall and analyzed their main calculation results, which provides reference for the open-cut foundation retaining structure design research of cantilever retaining wall, counterfort retaining wall, groove type retaining wall and so on. Research conclusions: (1) The steps for design research of the gravity retaining wall limit state are to establish a limit state equation, to calculate reliability index and determine the target reliability index, calculate partial coefficient and set up the design expression. (2) The most critical factor influencing gravity retaining wall limit state is comprehensive internal friction angle. (3) There are different function calculations and different design conditions for the gravity retaining wall in the current specification, their underlying reliability index is different, the corresponding partial coefficient should also be different. (4) The research conclusion can be used to guide the design of gravity retaining wall, which provides the reference to the design research of other open-cut foundation retaining structure.     

临河地铁深基坑开挖在大偏压作用下的支护结构性状研究

某地铁深基坑紧邻河边,且开挖过程中基坑两侧荷载不一致,存在大偏压,施工风险较大。为了深入研究临河深基坑开挖过程中大偏压作用下支护结构的受力性状,运用岩土工程有限元软件PLAXIS模拟临河大偏压深基坑开挖全过程。计算结果表明,在大偏压作用下,临河基坑两侧的支护结构位移、内力与普通的基坑存在较大差异,设计中需根据实际受力采用相应的支护结构及加固措施。另外,对加固形式、支护结构刚度等不同工况进行计算,总结了一些基本规律,为临河深基坑在大偏压作用下支护结构的设计提供有益的参考。     

基于杆系有限元在深基桩支护中的应用研究

在采用弹性理论结合有限元法建立力学计算模型的基础上,将开挖面以上支护桩(墙)取为梁单元,开挖面以下取为弹性地基梁单元,将锚杆模拟为弹簧,考虑土体对支护结构的摩擦效应和土压力形成的动态过程,采用弹性杆系有限元法编制有限元程序,并结合工程实例分析了桩(墙)锚杆支护结构的位移和内力变化情况,为深基坑桩(墙)锚杆支护结构的设计理论和方法提供了参考依据.     

铁路路堑挡雪墙设计参数优化数值模拟

风吹雪往往在铁路路堑地段形成较厚的积雪,掩埋线路,影响行车速度,危及行车安全,研究其具有重要的现实意义。基于FLUENT软件,模拟研究不同挡雪墙高度、不同风速下,挡雪墙背风侧风雪两相流的运动特性及挡雪墙参数优化设计。研究表明,风雪流初始速度一定时,挡雪墙背风侧积雪宽度随挡雪墙高度增大而变大,沉积在床面上的雪粒更多,阻雪效果越好;挡雪墙高度一定时,背风侧积雪宽度随风雪流速度的增加逐渐增大,挡雪墙距线路的距离也应越大。在综合考虑工程造价和挡雪效果的基础上,挡雪墙设计时,高度宜在2.5~3.5m,高度越高,风速越大,挡雪墙距线路的距离应越大,一般在20~35m即可。     

凸榫布置方式对挡土墙稳定性的影响分析

基于有限元分析方法,分析挡土墙底板凸榫的布置方式对稳定性的影响,计算得到了凸榫前置、中置、后置三种情况下的滑裂面位置及安全系数情况,建议了合理的布置方式,研究结论可为凸榫提高挡土墙稳定性的设计与应用提供参考。     

旋喷桩加固客运专线路基挡土墙地基设计应用

研究目的：针对客运专线对挡土墙稳定性和变形要求高的特点,探讨研究挡土墙基底为深厚软弱土层时采用旋喷桩加固的设计计算方法,并提出相应的施工技术要求。研究方法：根据客运专线挡土墙的特点和地基条件,采用复合地基计算理论进行基本参数的计算,并根据计算结果采用压应力扩散理论和实体基础理论对旋喷桩布置和加固深度进行验证。研究结果：基于重力式挡土墙及湿陷性新黄土的特点,在复合地基设计结果基础上,比较实体基础和压应力扩散理论计算的加固深度,为提高客运专线路基挡土墙稳定的可靠度,设计采用实体基础计算理论确定加固深度。研究结论：在地基加固设计中应根据可靠度要求合理选择地基加固深度计算理论,在客运专线重力式挡土墙设计中如果需要大幅度提高承载力,采用实体基础计算理论进行设计可靠度较高。