加筋对桩承式路堤变形模式与土拱效应影响试验

对于桩承式加筋路堤,加筋改变了路堤底面的变形形态,不可避免地将对路堤变形模式与土拱效应产生影响。为了深入分析加筋的影响,利用开发的多沉陷门(Multi-trapdoor)试验装置和椭圆钢棒相似土填料,开展未加筋桩承式路堤试验并得到不同参数组合下存在的3种变形模式,选取3种变形模式的代表性试验,开展相同参数条件下的加筋试验以及4种不同填料高度和3种不同加筋刚度的桩承式加筋路堤试验。通过粒子图像测速技术(PIV)和自制三点式载荷计准确测试得到全场位移及桩顶和桩间土压力。结果表明:加筋后,未加筋桩承式路堤的三角扩展型和塔形升高型变形模式转化为同心椭圆扩展模式,等沉面模式转化为同心圆等沉模式;2种变形模式之间转化的临界高度为1.5倍桩间净距,但等沉面的高度仅为67%的桩间净距;加筋对土拱效应发挥起到了双重作用,一方面,加筋减小了差异沉降,导致土拱效应发挥程度降低,另一方面,加筋改变了路堤变形模式,为"同心圆"土拱提供了稳定的拱脚,使得土拱效应发挥程度提高;在填料高度低,加筋刚度高的情况下,土拱效应发挥程度进一步降低;而填料高度高,加筋刚度低时,土拱效应达到了充分发挥所需的差异沉降,加筋对土拱效应有提高作用;张拉膜效应发挥程度随加筋刚度增大而提高,且随着桩间土下沉而提高,导致土拱效应减弱。     

动载下桩承式路堤中平面土拱形态演化的数值模拟

精确的静、动力土拱形态是建立桩承式路堤中相应的土拱效应计算模型的基础。为研究交通动载下桩承式路堤中既有土拱形态的演化,基于典型单元体建立了二维土拱静、动力分析的弹塑性有限元模型,模型中无黏性路堤填土采用摩尔-库伦弹塑性模型,交通循环荷载采用简单的正弦波来模拟。针对不同高度的无筋桩承式路堤,考虑路堤荷载和后续的交通循环动力荷载的连续作用,计算出桩间土上方路堤中的竖向应力分布曲线。据此确定出相应的静力土拱和动力土拱的形态曲线,用于分析动力荷载对既有土拱形态的影响。最后,通过参数分析研究了主要因素对动力土拱形态的影响。结果表明:动应力在基底面并不均布,桩帽上承担了大部分的交通动载,路堤中存在动力土拱;路堤荷载下静力土拱的形态为半个椭圆,交通动载作用下动力土拱的形态仍是半个椭圆,循环动载的作用使静力土拱的高度降低,跨度增大;路堤越高,静力土拱高度降低的幅度越小,静、动力土拱的拱脚都落在桩帽上;动力土拱的高度随路堤高度的增加先增加后稳定不变,随动载作用周期的增加先减小后稳定不变;行车车速和路堤填料内摩擦角的变化对动力土拱形态曲线的影响很小。     

柔性桩承式加筋路堤荷载传递的改进

在文献[1]的基础上,考虑了柔性桩承式加筋路堤中加筋体上下摩阻力,然后对柔性桩承式加筋路堤的荷载传递的理论分析进行了改进,最后得到了桩土应力比和桩土差异沉降的计算式。本文理论计算值与工程实例实测值对应很好,且网上网下桩土应力比能反映出加筋垫层网材的拉膜效应作用。因此,本研究能为柔性桩承式加筋路堤的设计及施工提供一定的参考。     

软土地基上刚性桩一路堤共同作用分析

针对桩承式路堤工作性状比较复杂、对路堤—桩—土之间共同工作机理的认识还不是十分清楚的问题，建立了考虑土桩路堤变形和应力协调的平衡方程，分析了三者协调工作时路堤、桩、土的荷载传递特性，获得了路堤的土拱效应、桩土荷载分担、桩和土的沉降等结果。将本文的方法与弹塑性有限元计算结果进行了对比，验证了该计算模型的合理性，同时应用所提出的方法，对杭甬高速公路拓宽工程进行了分析。     

桩承式路堤考虑筋材作用桩土应力比分析

针对Hewlett土拱理论设计桩承式加筋路堤桩土应力比时没有考虑筋材作用的缺陷,在Hewlett土拱理论的基础上考虑筋材的作用,建立路堤土拱、筋材与路堤土体相互作用的力学模型,推导出考虑筋材作用下桩承式路堤桩土应力比的计算公式,并通过广梧高速公路一试验段工程实测数据的对比分析,验证了改进算法的合理性和可靠性。     

桩承式路堤土拱效应下的荷载传递机制离散元分析

土拱效应是路堤填料因沉降特性诱发的一种应力重分布现象,也是桩承式路堤中影响荷载传递的关键因素。文章基于离散元法构建了桩承式路堤二维数值模型并验证其有效性,然后利用路堤荷载传递效率、应力主方向以及接触力链等宏细观指标,对土拱效应下荷载传递机制进行研究。主要结论如下:不同桩间距的桩承式路堤的荷载传递效率E随填料高度h增大呈指数增长;格栅加筋能够有效提高桩承式路堤荷载传递效率;离散元裂隙网络能够较好展现桩承式路堤模型中应力重分布现象并验证了土拱效应的存在,同时也表明应力主方向偏转是土拱效应产生的实质;接触力链能够有效反映桩承式路堤荷载传递规律以及土拱效应随着桩间距的增大逐渐减弱的趋势。     

桩承式加筋减载涵洞受力特性研究

高填方涵洞广泛应用于山区高速公路建设中,高填方涵洞上覆填土荷载较大,且其受力特性复杂,严重影响了涵洞的使用性能。本文针对桩承式加筋减载涵洞新技术,建立了桩承式加筋减载涵洞数值模型,分析了该技术的作用效果。最后,对该技术的主要影响因素进行了参数分析。研究结果表明该技术通过土拱效应和张拉膜效应,可使大部分路堤荷载传递至桩顶,并沿桩身传递至下卧持力层。涵顶加筋减载效果显著提高,涵顶土压力减小。同时,涵洞侧墙弯矩和剪力减小,涵底沉降有所减小。     

考虑土拱效应的双向增强复合地基沉降计算

深入分析路堤中心线一个桩中心距范围内路堤填土—加筋垫层—复合地基的相互作用,借助"自然平衡拱"理论分析路堤填土中的土拱效应,将双向增强复合地基中的桩、桩间土视为不同刚度的弹簧体系,土工加筋垫层视为置于弹性地基上的Timoshenko梁,梁上作用经土拱效应调整的路堤荷载,梁下作用桩、桩间土提供的竖向反力,基于弹性地基梁理论提出了考虑土拱作用的双向增强复合地基的沉降计算新方法,结合工程实例验证了本文沉降计算方法的可行性。     

桩承加筋路堤中褥垫层对桩土应力调整的影响分析

桩承加筋路堤中褥垫层对桩土应力的调整起了十分关键的作用。桩土应力比是桩土应力调整结果的直接表现,而路堤土拱效应以及褥垫层刚性承台效应对荷载调整作用正是桩土应力调整过程的体现。利用有限元对路堤荷载下PCC单桩以及加固范围内的土体进行了数值模拟。通过分析认为,褥垫层对桩土应力调整的过程和结果均会产生影响,随着褥垫层模量、厚度、粘聚力以及内摩擦角的增加,土拱效应虽会遭到削弱,但褥垫层刚性承台作用明显增强,最终导致更多的荷载转移到桩体上,桩土应力比增加。通过总结认为,改善褥垫层性质,加强其对桩顶局部压入作用的限制是保证桩体承担较多荷载的关键。     

桩承式路堤土拱演化的二维钢棒相似土模型试验

为了解桩承式路堤的变形类型与土拱效应随桩间土下沉的演化规律,并为参数取值提供参考,开发了可考虑桩承式路堤多个单元相互影响的多沉陷门(Multi-trapdoor)试验装置,考虑填料高度H、桩间净距s-a与桩径参数a,进行了1组随桩间土下沉的土拱演化模型试验。试验采用椭圆钢棒相似土作为填料,将采用砂填料的平面应变试验简化为二维试验条件,消除了前后挡板摩擦力的影响。通过粒子图像测速技术获取了填料随桩间土下沉过程的全场变形,利用自制荷载板精确地测试了填料底面的桩土荷载分布,得到不同参数组合下的桩承式路堤土拱变形类型和桩土应力比变化规律;同时利用试验结果总结了3种演化模式的适用条件。结果表明:钢棒相似土能够很好地模拟实际砂填料的平面应力-应变特性,桩承式路堤土拱效应存在三角形扩展型和等沉面型2种主要的演化模式,与三角形扩展模式相比,等沉面模式路堤表面无差异沉降,土拱效应发挥程度高,且桩土应力比随桩间土下沉降低比例较小,另一种塔形升高模式可以看作三角形扩展型向等沉面型转变的一种过渡模式;低路堤桩承式路堤宜调整桩土截面尺寸以提高相对填料高度H/(s-a),使得路堤变形进入等沉面模式。     

基于PFC的桩承式路堤土拱效应机理研究

应用PFC3D软件,模拟桩承式路堤土拱效应,分析土体颗粒体系中力链的分布情况及土体孔隙比、配位数与土拱效应的关系。研究结果表明:桩土相对位移出现时,路堤土体中力链明显偏转,并发展成一拱形;土体成拱过程中,孔隙比会发生突变;桩土相对位移对路堤土体的影响存在渐进性;配位数在路堤土体中的分布,呈现中部高于上、下部的趋势,证明土拱拱体的形成;在较小或较大相对位移情况下,土体内部颗粒运动比较活跃,土拱效应发挥明显。     

桩承式加筋路堤等沉面高度影响因素分析

以台缙高速公路桩承式加筋路堤工程为依托,利用有限差分软件FLAC3D建立了桩承式加筋路堤三维数值模型,研究了桩帽净间距、路堤填土内摩擦角、路堤填土粘聚力、水平加筋体拉伸强度对等沉面高度的影响。计算结果表明:等沉面高度与桩帽净间距的比值为3.0~3.7;路堤填土内摩擦角越大,等沉面高度越小;路堤填土粘聚力、水平加筋体拉伸强度的大小对等沉面高度没有影响。     

复合地基中桩帽作用数值分析及桩帽承载力计算

采用三维快速拉格朗日分析程序,依据某路基试验段的工程地质和设计施工情况建立了路堤荷载下带桩帽刚性桩复合地基数值分析模型,分析了桩帽直径变化对刚性桩复合地基沉降的影响,结果表明:桩帽直径的增大能够起到提高桩荷载分担比、减小复合地基总沉降和桩土沉降差的作用,桩帽直径的变化对下卧层沉降的影响较小。根据相关文献的研究成果,建立了路堤荷载下素混凝土圆板桩帽和倒圆台桩帽的承载力计算方法,并结合实例验证了承载力计算方法可靠性。研究成果可为路堤荷载作用下刚性桩复合地基中素混凝土桩帽的设计提供参考。     

筒桩桩承式路堤土拱效应的三维数值模拟

考虑大直径薄壁筒桩所特有的大桩径、大桩距的特点,对筒桩桩承式路堤中的土拱效应进行了三维有限元数值模拟。重点分析了筒桩桩承式路堤中的竖向应力分布规律、大主应力方向以及土拱效应系数等反映土拱效应的变量,同时探讨了筒桩桩承式路堤中桩帽对土拱效应的贡献。计算结果表明,随着堆载高度的增加筒桩桩承式路堤中的竖向应力随深度非线性减小;大主应力方向平行于两相邻桩帽之间的圆拱连线,且桩帽的存在使土拱效应的发挥程度提高了40%之多。研究结果为工程应用提供了一定的理论基础。     

桩网复合地基桩身受力特性模型试验

以某沿海铁路软土地基处理工程为依托,对桩网复合地基桩身受力特性进行了室内模型试验,得出了桩身轴力随着路堤填土荷载的增加而增大,随着桩间距的加大,桩身中性点下移;桩土应力比随着路堤填土荷载的增加而增大,随着桩间距加大明显增大等结论,为工程设计提供了理论参考依据。     

刚柔性长短桩复合地基工程特性有限元分析

以邢衡高速公路一期工程为例，采用数值模拟的方法，对高速公路路基下刚柔性长短桩复合地基的桩土应力比和沉降变形的变化规律进行了研究。研究结果表明:桩间距、柔性桩桩长、下卧层土体变形模量对桩土应力比的影响较小，适当提高柔性短桩变形模量可增加柔性短桩的荷载分担比；适当减小桩间距和提高柔性短桩变形模量可在一定程度上减小路基的沉降变形；下卧层土体的变形模量对路基的沉降变形影响较大。