基于颗粒流的高填黄土减载明洞土拱效应分析

实际工程表明,在高填方明洞顶部铺设EPS板可以明显降低洞顶竖向土压力,然而,铺设EPS板会将明洞上方的土体荷载向其两侧土体转移,导致其侧墙所受水平土压力及弯矩增大。为了进一步减小明洞受力,提出一种新型减载明洞体系,利用颗粒流软件建立相应数值模型,从竖向、水平土压力、颗粒竖向位移、颗粒间接触力和孔隙率等细观层面研究该减载明洞的荷载传递机制。此外,基于该减载体系,分析EPS板距拱顶位置、宽度和填土压实度对明洞土拱效应的影响。研究结果表明:该减载体系可以扩大土拱效应的影响范围,同时减小洞顶与洞侧土压力;土拱效应的发展与洞顶土体孔隙率的变化相关,孔隙率随EPS板距拱顶距离的增加逐渐减小,土拱效应逐渐减弱,洞顶土压力逐渐增大;随EPS板宽度的增加先增大后减小,当EPS板宽度W=1.5D时,孔隙率达到最大值,土拱效应最强,洞顶荷载分布最少;填土压实度越大,柱土应力比越大,洞顶土压力越小。     

高填方黄土明洞顶EPS板和土工格栅共同减载计算及土拱效应分析

基于土压力减载机理,推导高填方黄土明洞顶铺设EPS板和土工格栅共同减载的明洞顶土压力计算公式。利用ANSYS软件模拟不同弹性模量EPS板和土工格栅共同减载时高填方黄土明洞顶的土压力,采用荷载等效方法将数值模拟的"波浪形"分布的土压力转化为均布荷载,将其与公式计算结果进行对比。结果表明:明洞顶土压力均随内外土柱沉降差的增大而减小,公式计算结果与数值模拟结果最大相对误差为3.59%,验证了计算公式的正确性。取EPS板的弹性模量为0.5 MPa,数值模拟明洞顶土体的竖向位移、最小主应力和竖向应力。结果表明:EPS板变形导致明洞顶最小主应力方向发生旋转,指向外土柱,在0.83倍洞高处出现明显的"应力拱";"应力拱"下部竖向、横向土压力均减小;内外土柱沉降差越大,"应力拱"横向应力越大,承担上部荷载越大,土拱效应越明显。     

EPS板减载对宽坦式高填黄土明洞衬砌结构内力和厚度的影响分析

为改善宽坦式高填黄土明洞衬砌结构内力,减少衬砌厚度,采用数值模拟方法,研究有无EPS板减载时高填黄土明洞不同位置处衬砌结构内力和厚度随回填土高度的变化规律。结果表明:无EPS板减载时,明洞衬砌结构内力随回填土高度的增加呈线性增长,拱顶至拱肩衬砌厚度呈非线性增长,其余位置呈线性增长;有EPS板减载时,明洞衬砌结构内力和厚度随回填土高度变化规律均与荷载作用下EPS板的应力—应变曲线有关,当EPS板处于塑性阶段时,内力与厚度变化率最大,减载效果最佳,当EPS板进入硬化阶段后,减载效果开始逐渐减弱;明洞的宽高比越大,衬砌结构内力和厚度越大,内力减载量也越大,减载效果越明显。建议针对不同回填土高度、宽高比的宽坦式高填黄土明洞,进行EPS板密度和厚度的优化设计。     

沟槽式高填黄土明洞洞顶垂直土压力统一计算方法

针对明洞洞顶垂直土压力计算公式的不足,综合考虑大、小边坡坡角,推导沟槽式高填黄土明洞洞顶垂直土压力统一计算公式。采用荷载等效方法,将数值计算的明洞顶土压力的抛物线型分布荷载转化为均布荷载,与统一公式计算得到的均布荷载进行对比,验证统一计算方法的正确性。取20°的小坡角沟槽,利用统一计算方法研究填料性质、明洞与沟槽宽度比等参数的敏感性对土压力的影响。结果表明:小坡角沟槽情况下,填土内摩擦角、黏聚力以及沟槽与明洞宽度比对明洞洞顶土压力基本无影响;填土模量增大可以减小土体压缩相对变形量,减轻明洞洞顶应力集中现象。因此,在实际小坡角沟槽明洞工程中,应尽量提高土体压实度,减小明洞结构受力。     

多级加筋土高挡墙的工程特性及影响因素

通过8级加筋土高挡墙工程的现场原位监测,研究多级加筋土高挡墙后土体垂直土压力、墙背侧向土压力以及土工格栅筋材应变分布规律。结果表明:墙后垂直土压力、墙背侧向土压力和筋材应变均与填土高度成正比。墙后垂直土压力沿筋材方向呈非线性分布,最大值均靠近筋材中后部;墙背侧向土压力的增长速率随填土高度的增加而逐渐减小;土工格栅筋材沿筋长方向的应变非常小,且大部分呈双峰值分布,第1个峰值靠近墙面板,第2个峰值远离墙面板。运用PLAXIS2D软件进行多级加筋土高挡墙施工过程的数值模拟,研究筋材长度、间距及填料的内摩擦角对多级加筋土高挡墙水平变形特性的影响。结果表明,筋材的长度和间距对高挡墙水平变形的影响比较显著。     

挡土墙填充缓冲层前后土压力变化规律试验研究

通过挡土墙模型试验,在挡土墙面填充缓冲层,并分别测定挡土墙填充缓冲层前后的静止土压力和主动土压力,研究挡土墙填充缓冲层前后土压力变化规律及不同EPS土工泡沫缓冲层厚度对土压力的影响。试验结果表明:设置EPS土工泡沫缓冲层可有效降低墙后填土的土压力;缓冲层越厚,侧向土压力减小越明显;设置缓冲层后土压力随墙身位移变化规律与无缓冲层时相同。     

深厚软土层桩-网复合地基承载性状监测分析

基于复杂海相沉积深厚软基处理情况,设置监测断面,埋设相关监测仪器,对桩-网复合地基上部路堤填土施工过程中地表沉降、深部分层沉降、桩土应力、孔隙水压力、土工格栅伸长量等的变化进行观测分析研究。在加载初始阶段,桩间土应力和桩顶土应力都有一个快速升高的历程,但桩间土应力增大的速率要小于桩顶土应力;在一定填土高度时,极值出现于桩间土,随之产生的"土拱效应"会使两桩中心处的土应力大于四桩中心处的土应力值;孔隙水压力随填土高度的增加上升得并不明显,荷载的变化对浅部孔隙水压力的影响较大,对深部的孔隙水压力影响则较小;地基分层沉降的速率与路堤填土的速率呈正相关,沉降量的大小与地层深度和地层特征有关;随着填土高度的增加,土工格栅的拉伸位移量亦增加,且桩间土处的土工格栅的拉伸率及所承受的拉力均要大于桩顶处。     

土工格栅减小路堤支挡结构土压力的理论分析

研究目的:本文研究土工格栅减小路堤支挡结构土压力的工程技术,并探讨理论计算方法。研究方法:从力多边形出发,假定土工格栅同时发挥其抗拉强度,采用理论分析的方法进行土工格栅减小路堤支挡结构土压力的工程技术研究。研究结果:通过理论分析,获得了土工格栅减小路堤支挡结构土压力的理论计算方法。研究结论:本文提出的加设土工格栅路肩式桩板墙上破裂角与主动总土压力计算方法简单,具有较强的实用价值;对于较高的路肩式桩板墙可采用在填料中铺设土工格栅的方法减小土压力,进而减小桩身截面与挡土板厚度;填料宜采用不易风化的硬质岩石材料;土工格栅的铺设位置应在填方下偏中上部,具体应按其抗拉强度与破裂面内填料提供的摩擦阻力来确定;建议今后应在其布置、间距、变形特性等方面作进一步研究,使得实际与理论更相符合。     

铁路路堑型明洞顶部垂直土压力的研究

由于受到地形限制或平山造地政策的影响,浅埋明洞回填深度可能较大。而规范中的土柱法仅适用于回填高度较低的情况且并未对回填土高度做出明确规定,所以简单使用土柱法已经不能满足工程安全与经济的要求。为明确明洞回填土荷载,基于Marston理论考虑明洞拱部上方内外土柱变形差异以及偏压回填情况,建立路堑型明洞拱顶垂直土压力计算模型和计算公式,给出不同埋深土压力系数的取值,理论计算与有限元结果相吻合。研究结果表明:路堑型明洞拱顶垂直土压力变化趋势为先增大后减小;埋深大于10 m时,路堑对称型明洞拱部垂直土压力的分布规律不再随埋深改变而发生变化;路堑偏压型的分布规律则随埋深变化而变化,埋深增大两侧土压力分布系数差值越小。     

路基加筋垫层土工格栅拉力计算方法研究

研究目的:土工格栅加筋垫层具有扩散应力、调整桩土应力比、提高地基承载力和减小不均匀沉降的作用,在铁路复合地基中得到了广泛应用,但目前格栅拉力的计算方法并不统一,因此有必要针对土工格栅拉力的计算方法展开系统研究,以期为铁路复合地基格栅垫层的设计提供参考。研究结论:以武广客运专线为工程背景,总结了不同格栅拉力计算方法,建立平面有限元分析模型,在考虑不同格栅模量的条件下,分析了路基填筑过程中地基面沉降、土工格栅受力及桩土应力比的变化规律。填土高度增加到一定程度后,地基面沉降、土工格栅受力及桩土应力比增加趋缓,格栅模量的增加使土工格栅受力增加明显,加筋垫层的使用可以有效地解决桩顶应力集中的问题,对地基沉降能起到较好的控制作用。     

单线铁路轻型明洞标准设计

总结以往明洞设计、试验及运营调查的经验，结合部通用图的编制，从减薄洞顶填土结构形式的确定及计算原则等方面，介绍了轻型拱形明洞的设计。     

土工材料与高速铁路路基工后沉降控制

通过桩网复合地基沉降变形、基底土压力等观测测试,分析桩土应力分担比的变化过程、土工格栅的受力特点及沉降变形规律,探讨土工格栅等土工材料控制路堤工后沉降的效果及设计方案,并介绍了土工材料在路基工程其他方面中的应用。     

长大明挖隧道回填土堆载预压研究

堆载预压是处理软弱地基的一种有效方法,可以加快软弱地基的固结沉降。为了研究在明洞回填土地段采用堆载预压加快固结沉降的可行性,以京张高铁东花园隧道为工程背景,通过有限元软件对结构覆土进行验算,得出不同衬砌类型明洞所能承受的最大覆土厚度,利用改进高木俊介法对明洞回填土堆载预压进行计算,得出不同堆载高度下回填土的固结度。研究结果表明:(1)在堆载条件下,回填土的固结度随着覆土厚度的增大而呈幂函数形式减小,且固结度受堆载高度的影响不大。(2)在相同的覆土条件下,堆载高度对保留土高度影响较小;(3)堆载预压可以加快明洞回填土的固结沉降,是一个比较可行的方案。     

长短桩复合地基作用机理及敏感性分析

采用灰色关联分析方法,结合银西铁路甘宁段,研究了褥垫层厚度、填土高度和土工格栅层数对复合地基受力和沉降的影响程度。选取6个方案的计算结果作为模拟数据案例,以此研究长短桩复合地基在不同褥垫层厚度、填土高度和土工格栅层数作用下的受力特性和沉降规律。结果表明:三个因素对复合地基桩土应力比按影响程度大小排序依次为:填筑高度格栅层数褥垫层厚度。路堤填土高度对复合地基受力和沉降变形影响最大,在实际工程中应该适当调节路堤填土高度。     

EPS板抗冲击复合结构在既有铁路落石防护中的应用北大核心

为了保证线路安全,许多邻近陡峭山坡的铁路采用了棚洞来防护山坡落石。国内外研究发现,可以采用"EPS板+钢筋混凝土板+表层砂土"的复合结构代替传统的洞顶填土,不仅可以减少结构设计荷载,而且施工便捷,解决了山区土方少且运输不便的问题。抗冲击试验表明,该复合结构可有效分散冲击力,将洞顶单位面积承受的荷载减少至传统填土结构的10%,有效保护棚洞结构安全。本文结合西(安)(安)康铁路白沙滩隧道进口落石防护工程,详细介绍了EPS板抗冲击复合结构在既有铁路落石防护中的应用。     

EPS板抗冲击复合结构在既有铁路落石防护中的应用

为了保证线路安全,许多邻近陡峭山坡的铁路采用了棚洞来防护山坡落石。国内外研究发现,可以采用"EPS板+钢筋混凝土板+表层砂土"的复合结构代替传统的洞顶填土,不仅可以减少结构设计荷载,而且施工便捷,解决了山区土方少且运输不便的问题。抗冲击试验表明,该复合结构可有效分散冲击力,将洞顶单位面积承受的荷载减少至传统填土结构的10%,有效保护棚洞结构安全。本文结合西(安)(安)康铁路白沙滩隧道进口落石防护工程,详细介绍了EPS板抗冲击复合结构在既有铁路落石防护中的应用。     

浏阳河隧道进口穿越人工填土层盖挖法施工技术

浏阳河隧道进口为人工填土的软弱地层,隧道施工时地表沉降大,出现多处裂缝,为此提出了地表减载,利用钻孔桩加横撑,支撑洞顶两侧填土,然后进行盖挖的施工方法,制定了相应的施工工艺和施工流程,给出了施工注意事项。通过上述措施,地表沉降变形得到了有效控制,顺利地通过了96 m人工填土地段,降低了施工风险,缩短工期4个月。     

高速公路高填方涵洞优化设计与监测

在山区修筑的高填方涵洞,通常多设计成拱涵,造成涵洞工程量大,且易形成开裂和纵向不均匀沉降等病害。通过对涵洞进行优化设计,即首先选择谷低坡脚处岩基作为涵洞地基,采用简洁的盖板涵,减小涵洞结构尺寸,再对涵洞进行EPS板减荷,减小涵周土压力,同时,利用填方路堤的梯形荷载,沿纵向分阶段实施减荷设计,涵顶土压力采用0.7γH进行设计,使得盖板配筋量大大减小。监测结果表明:铺设了EPS板的涵顶土压力大大减小,最终各段土压力基本达到了减荷目标值0.3γH,安全系数在2.3左右,EPS板密度与厚度选择适当,变形量适中并留有足够的减荷变形空间,保证了涵洞结构的长期安全;优化后的涵洞安全可靠,造价较低,经济效益明显。     

土工格栅加固膨胀土路堤边坡稳定性的试验分析

利用离心试验和数值模拟方法研究土工格栅加固膨胀土路堤边坡稳定性效果并给出设计参数。对不同加筋方案(竖直间距0.5、1 m)与不加筋的膨胀土路堤边坡位移的分析结果表明:(1)中心填高为10.9 m、坡率为1∶1.5的素膨胀土路堤边坡在自然状态下不稳定;(2)对于整体稳定性好,仅存在浅层破坏的膨胀土路堤,铺设长度为4 m,间距为0.6~0.8 m的土工格栅可保证路堤稳定性;(3)对于存在整体稳定性问题的路堤边坡,需加长土工格栅长度或采用通长配筋方法提高路堤边坡稳定性。土工格栅对膨胀土路堤边坡的稳定性提高有显著作用,是有效的措施。     

桩-网复合地基加固机理现场试验研究

通过在广东某环城高速公路深厚软土地基加固工程中设置桩—网复合地基试验段,研究路堤荷载下桩—网复合地基的工作机理,深入分析其沉降变形、荷载传递、桩土应力比、网的受力等性状。试验成果表明：桩—网复合地基可以有效减少沉降量,可以用于填土高、软土厚度大的路段;路堤荷载下管桩与桩间土沉降不协调,土工格栅调节桩土分荷比的作用非常明显;长桩区格栅上、下的桩土应力比相差较大,桩土应力比最大值接近80;未达到持力层上的短桩桩土应力在14-22之间比较小,格栅兜提作用随桩土沉降差增大而得到发挥;在传递荷载方面,格栅作用要强于土拱的作用,满载时各向桩顶传递30%左右的荷载,土工格栅应变最大仅为1%,且桩帽边缘处应变最大,桩间应变最小。