有限土体土压力理论在兰州地铁1号线工程中的应用研究

针对典型砂卵石地层条件下地铁车站基坑与邻近构筑物间形成的有限土体,从有限土体土压力的形成机理出发,通过解析法建立能完全反应土体受力状态的有限土体土压力计算模型,提出考虑土体黏聚力影响的有限土体临界宽高比与临界宽度修正模型,明确有限土体临界宽高比主要介于0.55~0.65,基本不受基坑开挖深度的影响,明确了有限土体临界宽度与基坑开挖深度成线性关系,基坑开挖深度越大,有限土体土压力与经典土压力之间的差异越明显,深度≥10 m的超深基坑必须考虑有限土体土压力的作用,有限土体土压力能有效减少基坑围护结构内力与配筋,精细化设计有利于控制工程造价。     

有限土体土压力理论在异型深基坑工程中的应用研究

针对砂卵石地层新建隧道穿越既有线面临的异型深基坑工程,对基坑侧壁与既有地铁车站风亭间的夹土体进行受力分析,明确在平均土体宽度b=3.5 m条件下,对于竖直段,当开挖深度大于6.5 m时,就必须考虑有限土体土压力的影响,提出相应的计算模型与简化公式,发现有限土体土压力与开挖深度近似成线性关系;对于扩挖段,基于有限土体受力特性,提出扩挖段有限土体土压力计算模型与简化公式,由于扩挖边承受一定的土体自重,因此扩挖点处基坑侧壁土压力有所增加,扩挖段有限土体土压力与开挖深度近似成指数关系,但随着扩挖深度的增加,有限土压力明显小于常规土压力,同时随着扩挖段有限土体宽度的减小,有限土压力与常规土压力差值趋于稳定;最后通过数值分析,发现有限土体土压力作用下,异型基坑自身的变形相对较小,其水平变形主要集中在左侧隧道侧与基坑扩挖段,同时基坑的变形与裂缝均能满足规范要求。有限土体土压力能有效减少基坑围护结构内力与配筋,精细化设计有利于确保工程安全并控制工程造价。     

沉桩顺序影响PHC桩挤土效应的理论与试验分析

PHC桩大量用于软土地区地基加固中,沉桩过程产生的挤土效应会对先打入的桩以及邻近构筑物产生严重影响。通过理论分析与现场试验相结合的手段,研究了基于圆孔扩张理论,考虑沉桩顺序影响的双桩挤土位移场的解析计算过程,并用现场试验研究了沉桩顺序对双桩迎桩面、背桩面、双桩中间土挤土位移的影响,分析了不同沉桩顺序对邻近构筑物的影响规律。研究表明迎桩面土体位移将不断累加,且明显大于背桩面土体位移。     

基坑支护结构两侧有限土体作用数值模拟分析

本文应用数值模拟的方法,以北京市通州区某典型深基坑土层条件为基础,研究了支护结构两侧有限土体范围及坑中坑宽度对支护结构桩顶水平位移、桩身最大弯矩及桩身土压力分布的影响。计算结果表明:(1)在北京地区地层条件下,基坑外侧有限土体对支护结构的影响范围为1.5h,当基坑外侧有限土体范围为大于1.5h(h为基坑深度)时,基坑外侧土体对支护结构影响较小。(2)基坑内侧有限土体对支护结构的影响范围为1.5h,当基坑内侧有限土体范围为大于1.5h时,坑中坑施工对支护结构影响较小。(3)坑中坑宽度对支护结构的影响较小。研究成果对相关工程的设计和施工具有一定的借鉴意义。     

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。     

路肩(堤)式预应力锚索桩板墙柔性支挡结构的土压力分布新探索

研究目的:本文研究路肩(堤)式预应力锚索桩板墙柔性支挡结构的土压力分布规律。研究方法:采用现场测试与理论分析的方法进行研究。研究结果:通过研究,获得了预应力锚索桩板墙柔性支挡结构的土压力分布规律。研究结论:对于路肩(堤)预应力锚索桩板墙,由于锚索预应力的作用,使得土压力的分布与大小变得更为复杂,作用于桩、板上的土压力可分解为两部分:一是不考虑锚索预应力时的总土压力为条带极限平衡理论总土压力和主动库仑总土压力;二是锚索作用而增大的土压力;该类结构设计时,作用于桩、板上的土压力大小属同样一个数量级,可不考虑“土拱效应”对减小土压力的影响;该类结构桩身弯矩计算时也必须考虑锚索预应力对土压力大小与分布的影响;墙顶车辆有限矩形分布荷载作用时的土压力可按弹性理论求解。     

沉桩挤土过程的快速拉格朗日法分析

根据实测土体参数,用有限差分程序FLAC对沉桩过程按三阶段进行了模拟。得出沉桩过程中各阶段不同深度处桩周土体的位移、应力与孔隙压力变化规律,并将沉桩结束时的径向应力和孔隙压力与实测结果及已有有限元计算结果进行了比较。     

高速铁路路基工程PHC桩沉桩挤土效应研究

研究目的:通过对上海虹桥综合交通枢纽虹桥高速铁路站区路基先张法预应力管桩沉桩施工过程中孔隙水压力变化、深层土体位移及桩顶标高的的监测,掌握沉桩过程对预应力管桩桩周土体的挤土效应,研究和采取有效降低挤土效应的具体措施,控制和降低沉桩过程对周围土体结构的影响程度。研究结论:监测发现,距打桩施工区的水平距离越近,受挤土效应的影响越大,超孔隙水压力累计增长量越大;深度越深,超孔隙水压力累计增长量越大。通过对超孔隙水压力及深层土体位移的监测,合理调整了桩基施工的速率和施工工序。管桩的挤土效应比较明显,位移主方向是打桩前进的相反方向。采取提前偏移措施投放桩位,可以减少打桩施工对已完成桩位的影响。在需要控制土体位移量的区域,严格控制打桩速度和打桩方向,同时采取跳打工艺,可以有效降低打桩的挤土效应。     

桩网结构路基土拱效应离散元研究

建立桩网结构路基的离散元模型,从散粒体和微观角度研究了桩网结构路基中的土拱效应。结果表明:土拱效应随着桩间土的沉降而发展变化,桩间土发生较大的沉降后土拱效应才能达到极限状态。桩顶平面上方1.67倍桩净间距范围内土体的密实度受土拱效应的影响,土体孔隙率的变化与土拱效应发展保持一致。土拱效应发展过程中土体的竖向位移远大于水平向位移,桩顶上方竖向位移小于桩间土上方竖向位移,等沉面的高度位于2.7倍的桩净间距处。土体中竖向应力的影响范围与密实度的影响范围相同,土拱高度为该影响范围的上限,在该范围内土压力系数随土拱效应发展而变化,但两者变化并不一致,且土压力系数在桩顶上方和桩间土上方也不相同。     

复合式围护结构的土工离心试验

采用土工离心模拟试验，分析了搅拌桩和灌注桩复合围护结构以及灌注桩（无搅拌桩）围护两种情况的变形破坏机理。试验结果表明，无搅拌桩围护体比有搅拌桩的复合围护结构，其墙体位移、地表沉降和坑底降起量大，搅拌桩在复合围护结构不有止有防渗作用，而且起到抵抗土压力的作用。     

地铁车站支护与主体结构相结合深基坑变形

依托济南某地铁车站基坑工程,建立考虑土与结构共同作用的三维数值模型,模拟支护结构与主体结构相结合的基坑施工全过程,研究基坑的围护桩侧移、坑外地表土体沉降和坑底土体回弹规律。结果表明:随着开挖深度的增加,围护桩向基坑内部运动,且最大侧移沿桩身逐渐增大,最大值为开挖深度以上1 m左右;混凝土立柱的存在会明显加大围护结构的整体刚度,进而减小围护桩的侧移;基坑外侧最大沉降发生在约为1/2基坑宽度的区域,周边土体沉降范围约为4倍支护深度;混凝土立柱能减小基坑底部土体的回弹。采用支护与主体结构结合的方式,可以减小基坑在施工过程中的变形。     

考虑边坡效应的桥梁桩基受力分析

基于边坡上桥梁桩基的受力特点,考虑边坡对桩基的土推力和土抗力效应,依据桩段的静力平衡条件,建立考虑边坡效应的桩基础静力微分方程,采用有限差分法,建立考虑边坡效应的桩基础变形和内力的计算公式。结合某铁路桥梁桩基,分析边坡效应对桩基位移、弯矩、剪力和桩侧土压力的影响规律。结果表明:边坡效应使边坡上桩基的受力更为不利,与不考虑边坡效应的平地桩计算结果相比,考虑边坡效应后桩顶最大位移可增大78%,桩侧最大土压力可增大135%,并改变了潜在滑动面附近区域的弯矩和剪力分布;设计荷载下边坡上桩基的位移、弯矩、剪力和桩侧土压力的包络图将不再如平地桩那样以桩轴左右对称分布,而是桩基靠近边坡外侧的数值更大;在进行桩基设计和钢筋配置时不仅需要考虑边坡效应引起的变形和内力的增大,还应考虑不同荷载方向引起的力学性能在边坡内外侧的差异。     

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。     

云南水麻高速公路路基桩板墙病害分析

针对云南水麻高速公路豆沙关立交匝道路基桩板墙的变形破坏特征,从变形过程、地质条件、力学计算等方面进行了分析。结果表明,桩板墙偏压大、桩前部土体抗力不够、锚固段过短且下部存在倾向临空的结构面(层面),并在降雨作用下降低了土体的强度和承载力,同时增加了土压力,当土压力大于桩抗滑力时,引起桩板墙的整体破坏。采用在现有桩上设锚索,挡墙外增设桩的加固方案,加固效果良好。     

考虑双重挤土效应的补桩承载力计算方法研究

研究目的：为满足实际工程中补桩设计的需要，需考虑已就位群桩的挤土效应和补桩自身的挤土效应对补桩承载力的双重影响。 研究方法和结果：先考虑群桩挤土效应，在引入“桩土面积比”这一概念的前提下，采用等效圆截面单桩模拟群桩，基于孔隙比协调的原则，运用圆柱形孔扩张理论、弹性理论、比奥固结理论，求出等效半径，进而得出等效半径处土体变化后的应力场和强度指标；并以这一应力场和强度指标作为补桩施工时土体的初始值，考虑补桩自身挤土效应，运用圆柱形孔扩张理论、弹性理论，以土力学原理为基础，推导出饱和砂土中考虑双重挤土效应的补桩承载力计算公式；本文同时推导出了群桩挤土效应对补桩承载力的影响是否明显的临界状态。 研究结论：计算结果与实测数据，比较接近，表明该计算方法具有实用价值。     

CFG桩桩板复合地基处理高速铁路地基的现场试验研究

通过对地基的分层沉降、超孔压、侧向变形及土压力现场测试,研究了CFG桩在桩顶和筏板之间设置15 cm厚碎石褥垫层进行高速铁路路基深厚松软土地基工后沉降控制的地基受力、变形规律。测试结果表明桩间土的压缩发生在桩长下部的一定范围之内;摩擦桩桩端会产生进入下卧层的刺入沉降;没有连通有效排水通道的深层透镜体砂层中的超孔压消散规律与邻近的黏土层是一致的,不能作为透水层;桩向下刺入下卧层,桩端附近的土体中产生较高的超孔压,在深层没有排水面时,此超孔压会向浅层的地层消散,从而会引起浅层地基土的超孔压也经历一个先增长后消散的变化过程。地基的侧向变形微乎其微及桩土应力比都表明这样的结构很类似桩基础。     

双孔隧道盾构施工对邻近桩基变形和内力的研究

在大型有限差分软件FLAC3D平台上进行二次开发，利用内嵌FISH语言编程，主要从隧道的不同开挖顺序方面，对双孔隧道盾构施工过程中邻近基桩的变形和内力进行数值仿真模拟，模型考虑盾构前方土仓压力、盾尾同步注浆、注浆凝结和未凝结两种状态以及衬砌管片施加等施工参数。研究表明：双孔隧道施工对邻近桩基的影响要大于单孔隧道施工对桩基的影响；隧道不同的开挖顺序对邻近桩基的位移和内力产生不同影响：先开挖离桩远的隧道，再开挖离桩近的隧道的方案，对桩基的内力和位移影响最大；两条隧道同时开挖对桩的内力和位移基影响最小。     

粘弹塑性地基中的竖直受力桩分析

从地基土的流变特性出发分析桩土体系的共同作用。地基土体采用粘弹塑性流变本构模型，为适应地基实际的层状结构，采用有限层法分析；桩采用弹性杆有限元分析。根据位移协调原则，得到体系平衡方程，应用“时步-初应变法”获得了不同时刻的桩土位移解。通过分析得到了地基参数对竖直受力桩达到沉降相对稳定所需时间T及桩顶始末位移变化比Rs等因素的影响。     

基于颗粒流的桩端后压浆细观机理模拟研究

研究目的:目前,桩端注浆的理论研究主要采用理论分析、有限元模拟等手段从宏观现象出发分析注浆机理、加固效果等,存在假设过多、本构模型选取困难和内在作用机理认识不清等诸多弊端。针对现有研究的不足,采用颗粒流方法模拟桩端注浆过程,从细观角度分析桩端注浆扩散机理、压力分布及衰减、土体改性作用、土体位移场和应力场变化、桩身受力特性和桩体-浆液-土体耦合作用等,从而进一步完善注浆理论的研究。研究结论:(1)注浆压力是影响注浆扩散范围和桩周土体改性最重要的因素,注浆压力越大,浆液扩散半径越大,土孔隙率变化越大,土颗粒运动和重新排列越明显;(2)由于桩体的阻碍,注浆压力在桩端平面上下分布不同,导致土体孔隙率变化、应力场和位移场在桩端上下差别明显;(3)桩端注浆可分为三个阶段,前期土体应力和桩身受力增长明显;中期持续增长,趋势放缓;后期基本不变;(4)桩端注浆本质上是桩体-浆液-土体三者相互作用的过程;(5)本文可为注浆理论的研究发展提供新的思路。     

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。