桩承式路堤土拱效应分析

基于单桩等效处理范围内堤身土体受力平衡,改进了传统的HEWLETT极限状态空间土拱效应分析方法,求得了桩体荷载分担比计算的解析表达式。研究了桩间距、桩帽大小和填料内摩擦角对桩体荷载分担比的影响。研究表明:土拱处于弹性状态时,改进方法计算出的桩体荷载分担比小于HEWLETT极限状态计算结果;土拱处于塑性状态时,改进方法计算结果与HEWLETT计算结果相同。设计桩承式路堤时,若填料内摩擦角较大,则应优先考虑增大桩帽宽度来提高桩体荷载分担比;若内摩擦角较小,则可适当减小桩距来提高桩体荷载分担比。大内摩擦角填料有助于提高桩体荷载分担比。给出了桩体荷载分担比计算图,便于工程应用。最后对一个工程实例作了分析。     

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。     

桩承式路堤土拱效应及承载特性演化规律

桩承式路堤被广泛用于软土地区的路基沉降控制,分析路堤土拱效应是获得其承载和变形特性的关键。通过开展桩承式路堤土拱效应物理模型试验和三维弹塑性有限元数值模拟,研究桩土差异沉降条件下路堤中土拱形成过程和承载特性变化。研究结果表明：随着桩土差异沉降增加,路堤内应力分布不断变化,桩顶处竖向压力呈增大—减小—稳定的趋势,而桩间土处竖向压力则不断减小直至稳定。当土拱完全形成后,路堤内存在一个等沉降面,该面上方土层沉降均匀,该面下方土层表现为不均匀沉降,等沉降面与桩顶的竖向距离约为桩间距与桩宽之差的2倍。     

桩承式加筋路堤关键问题研究

利用弹塑性有限元方法研究了桩承式加筋路堤应用中的几个关键问题,包括桩承式路堤的沉降组成和分布规律、适用条件、荷载分担比的影响因素等。具体研究了未打穿软土层情况下不同路堤高度时的路堤沉降规律,在打穿和未打穿2种情况下荷载分担比随桩托板尺寸、桩间距、路堤高度等因素的变化规律及土工格栅的作用。结果表明:路堤沉降主要取决于桩端以下软土层的压缩;荷载分担比随桩托板尺寸和路堤高度的增加而增大,随桩间距的增加而减小;土工格栅对荷载分担比和路堤沉降影响都不大。     

加筋桩承式路堤的三维土拱效应分析与试验验证

为真实反映加筋桩承式路堤的土拱效应,采用三维球形土拱假设,建立了一种路堤荷载和均布荷载共同作用下的土拱效应分析方法。基于Hewlett土拱分析方法推导了无加筋体时路堤荷载和均布荷载作用下的桩土荷载分担表达式;对于加筋桩承式路堤,依据桩帽顶部加筋体沉降的特征,将加筋桩承式路堤分为2个部分,采用不同的沉降假设分别建立其竖向平衡方程,求得桩帽顶面和桩间土表面对加筋体的支撑力;通过离心模型试验和现场实测结果进行对比验证,采用参数分析法对影响土拱效应的主要因素进行等级评价。结果表明：加筋体抗拉强度对桩土应力比以及加筋体拉力均具有很高的影响等级,研究结果能够为分区域铺设加筋体提供理论依据。     

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。     

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。     

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。     

土拱效应、应力扩散效应、应力集中效应和桩承式路堤

质疑土拱效应中存在土拱,因无法探测土拱,使得土拱的形态、形成和应力转移的各种推测均无法验证,土拱效应的计算方法繁多而不能统一,土拱的假设制约了土拱效应理论的发展。分析了颗粒结构应力传递的特点,提出应力扩散效应是土体中应力分布基本特性的全新观点。根据应力在扩散范围内具有向强支承面自动集中获得平衡的规律,提出土体中还存在应力集中效应。当土体中应力集中现象发生重迭时,就会产生土拱效应。桩承式路堤中填土超过等沉面高度h0后,桩顶的应力集中效应覆盖整个路堤面,路堤即出现土拱效应典型的应力分布现象。土拱效应是土体抗剪强度通过应力扩散实现的应力转移现象,土拱效应中不存在土拱,土的应力集中效应和土拱效应都是土的应力扩散效应的衍生效应。提出计算桩承式路堤中等沉面高度h0的通用公式。等沉面高度h0不仅与桩净距有关,更与填土的性质有关。     

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。     

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。     

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。     

抗滑桩桩间土拱效应试验方法的研究

抗滑桩桩间土拱效应是抗滑桩桩距设计时需要考虑的重要因素,合理的桩距才能保证土拱效应的发挥。根据土拱效应的原理设计试验方案,经过试验验证,文内提出的试验方案可行,接近于工程实际。     

考虑土拱效应的双排抗滑桩桩侧土压力计算

分析了双排抗滑桩结构承载的最不利状态.首先考虑纵向桩间土拱成拱机理,利用土拱抛物线拱轴线的几何特征及拱脚处的力平衡及应力状态,导出作用于双排桩桩侧的坡体土压力分布;然后针对双排抗滑桩桩间土体有限边界特点,通过对桩间土不同区域分别采用薄层单元法对土压力的分布模式进行求解,导得桩间土作用于双排抗滑桩桩侧土压力分布,由此得出...     

考虑土拱效应的土钉墙内部竖向平均应力分析

土钉支护模型多被简化为平面应变问题,土钉间沿竖向土拱效应成了主要的考虑因素。若考虑问题的空间性,则可建立基于水平土拱效应的钉土相互作用理论。在土钉墙内部应力分析中,将竖向平均应力作为重要的一个方面,可通过给定有限的假设得到解析解。基于水平土拱原理推导了竖向平均应力和水平平均应力的计算式,并通过实例进行了讨论。