铁路路堤填土柔性荷载下CFG桩复合地基沉降及桩身应力研究

分别采用室内模型试验和有限元数值模拟分析不带桩帽悬浮式、不带桩帽支承式、带桩帽悬浮式、带桩帽支承式4种CFG桩复合地基在路堤填土柔性荷载下的沉降和桩身应力分布规律。两种分析方法的结果均表明:设置桩帽和支承式CFG桩均可以明显减小复合地基的沉降,复合地基沉降大小不仅取决于桩间土的承载力,而且桩端持力层土的性质也起很大作用;坚硬下卧层的存在可以让桩体分担更多的荷载,使得桩体承载力在全桩长范围内得到发挥,桩端应力值增大;桩帽的设置使得桩身应力值有所增大但不如下卧层影响明显。     

桩间土为非饱和土的刚性桩复合地基复合模量计算

根据非饱和土压缩模量的VO模型,基于剪切位移法的理论,推导桩间土为非饱和土的刚性桩复合地基复合模量的解析解。该解析解考虑刚性桩的桩长、桩体模量、非饱和土中基质吸力等的影响,利用导出的解析解对实例进行计算,并将计算结果同规范法的计算结果和现场实测值进行对比分析。研究结果表明:利用本文方法算得的沉降值和实测值较接近,验证了本方法的可行性。     

大范围软土一级公路水泥土搅拌桩路基沉降数值模拟

以一级公路湛江大道存在的大范围软土为工程背景,针对公路路基极易引发沉降和路面不均匀沉降等施工难点,开展大范围软土一级公路路基沉降规律数值模拟研究。利用Midas/GTS软件,建立路堤-地基-水泥土搅拌桩的有限元模型,研究设桩及不设桩2种工况下路基沉降变形规律以及桩弹性模量、桩长、水泥土搅拌桩面积置换率对路基沉降的影响。研究结果表明:使用水泥土搅拌桩处理软土地基能够有效降低工后沉降,桩体弹性模量及桩长对工后沉降影响较小,选取面积置换率时需要综合考虑沉降控制效果和经济成本。     

高铁CFG桩—筏复合地基固结解析解及特性

考虑桩—土在刚度、渗透性等方面的差异,建立端承型CFG桩—筏复合地基轴对称固结模型,推导桩间土的固结方程,并给出"单级等速加载"情况下固结方程的解析解;应用该解析解结合工程实例进一步研究置换率、桩—土压缩模量比、加荷速率地基设计参数对固结特性的影响.结果表明:桩的作用增大复合地基等价固结系数,固结速率随置换率、桩—土压...     

水泥土搅拌桩复合地基承载特性现场测试分析

结合200~250 km/h客货共线的达成铁路的水泥土搅拌桩复合地基,现场埋设混凝土应变计、沉降位移计和土压力盒,分析在路堤荷载作用下水泥土搅拌桩复合地基荷载传递及变形规律。测试结果表明,复合地基的变形特性表现为地表沉降大,加固区中部地基层沉降小,加固区下部地基沉降最大。承载特性为桩体存在摩阻力零点,即中性点,中性点以上为负摩阻力,以下为正摩阻力。在群桩状态下,不存在临界桩长。承载与变形耦合关系表现为:桩体轴力最大点恰是复合地基压缩量最小的点。     

列车荷载下桩-土复合地基动力响应研究进展

研究目的:桩-土复合地基在列车荷载下会产生动力作用,甚至造成强度失效或整体变形破坏,严重威胁列车运行安全。因此,亟需开展列车荷载下桩-土复合地基动力特性的研究,对有效提高铁路路基的稳定性、保证高速列车的行驶安全具有重要意义。本文通过分析桩-土复合地基的加固机理及破坏模式,总结国内外关于桩-土复合地基在不同动荷载下的动力响应研究现状以及几种常用的不同桩型复合地基在列车荷载下的动力响应规律,并在此基础上指出目前的研究不足和提出未来需要重点关注的研究问题。研究结论:(1)尽管不同动荷载作用下桩-土复合地基的动力响应呈现了不同的特征,但在动荷载下桩体响应都大于土体响应,这与桩-土复合地基的作用机理吻合,不管在静载或动载下桩体承担了大部分荷载,因此对桩-土复合地基动力响应的研究应重点分析桩体的响应,但同时也不能忽略桩间土的影响;(2)桩体材料、桩体形状、桩帽、褥垫层厚度、复合土体模量等因素都会影响复合地基的动力特性,列车荷载下桩-土复合地基的动力响应特性还与列车的车速、列车载重、循环次数等有关,且普遍认为刚性桩复合地基具有良好的抗震性能,碎石或砂砾垫层表现出良好的隔震作用;(3)列车荷载下不同桩...     

基于ANSYS模拟的CFG短桩复合地基性状研究

结合工程实例,采用ANSYS有限元软件对CFG短桩复合地基性状进行研究,分析了桩土模量、桩长、置换率、褥垫层厚度等因素对CFG短桩复合地基的影响,并结合地基处理后持力层的地基承载力以及工程完工后建筑物的最终沉降量等情况,对比其它地基处理技术,总结了CFG短桩复合地基的优点,为工程设计与施工提供经验和参考.     

高速铁路CFG桩桩板复合地基工后沉降数值模拟

基于典型段体积元,建立三维有限元模型,通过数值模拟计算分析高速铁路CFG桩桩板复合地基工后沉降（简称＂工后沉降＂）及其影响参数。结果表明：桩底部处有明显的下刺入现象,桩顶由于褥垫层较薄且其模量较大而使刺入不明显;桩长的增加可以有效减小工后沉降,它是决定工后沉降大小的主要参数之一;当桩体模量达到10 GPa时,若再继续增大,对工后沉降的影响不大;在3-6倍桩径范围内,桩体间距宜取较大值作为设计桩体间距,在此设计间距范围内工后沉降变化不大,且方便施工,节约造价;一定厚度（0.2-0.4 m）和模量（120-200 MPa）的褥垫层可以有效调节桩体的刺入现象,减小工后沉降的发生;钢筋混凝土板模量对工后沉降的影响与桩体模量相同,其厚度不宜小于0.4 m;路堤高度不是决定工后沉降的主要参数。     

Ansys有限元软件在CFG桩复合地基中的应用

探讨了Ansys有限元分析程序在CFG桩复合地基中的应用.在此基础上对CFG桩复合地基的工作机理进行了研究,具体分析了桩、土模量,面积置换率等因素对复合地基沉降量与极限承载力的影响.计算、分析了褥垫层模量与厚度对复合地基工作机理的影响,得到了一些有益结论.     

长短桩复合地基应力与沉降分析

利用三维有限元对长短桩复合地基进行对比分析,给出全长桩、全短桩、长短桩、无垫层、天然地基5种方案下的桩身应力与土体附加应力分布,并探讨垫层模量和厚度对承台沉降的影响和对应力的调节作用。研究结果表明:复合地基能有效减少天然地基沉降和改善浅层土的应力状态,复合地基中桩身应力与土体附加应力按刚度分配,桩侧土应力与桩身应力表现出互补的特性。而垫层使桩与桩、桩与土之间应力分配趋于合理,垫层模量对承台沉降影响显著;随着垫层模量增加,长桩桩顶应力增加,短桩桩顶应力和桩身应力及土体表面应力降低;随着垫层厚度的增加,变化趋势则相反。     

高铁复合结构路基荷载传递及沉降数值模拟

研究目的:高速列车运营荷载作用将导致复合结构路基产生沉降。由于高铁对路基沉降要求高,复合结构路基的荷载传递和沉降变形规律值得工程界关注。为研究高铁复合结构路基荷载传递以及沉降变形规律的影响因素,本文建立高速铁路复合结构软土路基三维有限元分析模型,将高速铁路列车运行荷载简化为均布荷载作用于轨道板以下的路堤顶面,分析桩长、桩间土模量和下卧层模量对桩身轴力分布、桩土应力比以及路基沉降的影响规律。研究结论:(1)桩身轴力随桩长增加而增大,路基沉降则明显减小;在不同桩长下,桩土应力比沿桩身距离路基中心水平方向位置的变化均表现为先增大再减小的趋势,10 m、12.5 m、15 m和20 m桩长下桩土应力比稳定值分别为6.8、10、13和17;(2)桩身轴力随桩间土模量增大而减小;在不同桩间土模量下,桩土应力比随桩身距路基中心水平位置的偏移先稳定后增大再减小,10 MPa、30 MPa和50 MPa桩间土模量下桩土应力比分别为30、12和7;(3)下卧层模量增大使桩端摩阻力增大,桩身中性点位置向下偏移;桩土应力比随水平位置偏移的变化规律同样是先增大后减小,下卧层模量增大能使桩的沉降明显减小,但对路基总沉降影响不大;(4)该研究结论可为高铁复合结构路基及类似工程设计和施工提供理论参考。     

基于桩帽尺寸调整的桩网复合地基沉降控制方法研究

为研究桩网复合地基沉降控制中的桩帽尺寸优化调整问题,采用楔形土拱模型和荷载传递理论分析桩帽尺寸对桩网复合地基桩土荷载分担及沉降变形的影响规律,依据桩土总沉降位移和沉降差控制标准,提出基于桩帽尺寸调整的桩土沉降控制方法,给出桩帽尺寸确定原则。研究结果表明:桩帽的设置可有效提高桩体分担荷载,并进一步引起桩体沉降位移的增加和桩间土沉降位移的减小,且桩顶位置桩土沉降差随桩帽尺寸增加保持递减趋势。研究成果可为铁路和公路工程中的桩网复合地基布桩参数确定及桩帽尺寸优选提供必要技术支持。     

路堤荷载下粉喷桩复合地基临界桩长的试验研究

通过两个铁路软土路堤的现场原位试验,从变形的角度,对路堤荷载作用下粉喷桩复合地基临界桩长进行了分析.在常规的水泥掺入比、桩径等条件下,临界桩长出现与否,与土层条件、桩身强度、桩体是否打穿软土层有关.对于桩体强度较均匀、打穿软土层至相对硬层的粉喷桩复合地基不存在临界桩长,而对桩体下部较软弱、未打穿软土层的悬浮式粉喷桩复合地基,存在临界桩长.     

京津城际路基沉降数值模拟与原位观测对比分析

研究目的:京津城际轨道交通工程天津段内广泛分布软土,其成因类型主要为冲积、海积,局部为湖沼堆积;岩性为各类黏性土、粉土、砂类土等,夹淤泥、淤泥质黏土、淤泥质粉质黏土.上述土体含水量、孔隙比较大,所以在路堤荷载及列车荷载作用下的沉降变形较大.为满足无砟轨道对路基工后沉降的要求,路基基底采用CFG桩复合地基进行加固.由于复合地基受力状态复杂,对其进行工后沉降预测较为困难,本文采用数值模拟和原位数据对比分析的方法对路基的工后沉降进行预测.研究结论:(1) 采用数值模拟及原位测试数据对比分析复合地基的沉降变形规律,得出桩间土的压缩主要发生在桩长下部的1/4～1/6桩长范围内,桩端的刺入量占总沉降值的20%～30%;(2) 由实测的沉降-深度分布曲线可以得到,桩端以下土体压缩层厚度为桩平面分布宽度的1倍左右;(3) 有限元计算所得的最大沉降量和工后沉降量,与观测值相比较为接近,采用有限元计算结果推断的工后沉降差异,小于根据实测值采用经验公式得到的推断值,因此在沉降计算中应推广有限元方法.     

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。     

高速公路夯实水泥土桩复合地基工程特性敏感因素分析

基于非线性有限元方法,建立了高速公路夯实水泥土桩复合地基几何模型,分析了多种因素对夯实水泥土桩复合地基工程特性的影响,提出了在满足承载力前提下以变形控制为主,应综合考虑多方面因素,尤其要考虑桩体模量、地基土模量、路基填筑高度(即荷载水平)和长径比等因素对复合地基变形的影响,对夯实水泥土桩复合地基的设计和布桩优化,及其在高速公路中的应用和推广有重要的参考价值.     

粘弹塑性地基双桩共同作用分析

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,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共同作用响应.通过分析得到了桩土体系中各主要因素,对桩沉降达到相对稳定所需要的时间T及桩始末沉降比Rs的影响.分析还表明了由于双桩之间的相互作用,桩的长期沉降显著降低.     

路堤下桩承式水平加筋复合地基桩土应力比分析

桩承式水平加筋复合地基是"水平向增强体+竖直向增强体"的联合复合地基.计算路堤下复合地基桩土应力比的方法与刚性基础下的复合地基不同.路提由填土等散体材料组成,路堤下复合地基桩与桩间土之间的沉陷不一致,导致填土内部出现相对垂直位移,应力状态发生变化.由于复合地基桩土应力比发生变化及水平向增强体的提拉作用,可将大部分路堤荷载转移到桩体上,从而减小桩间土上部的压力,并使得路堤顶面的差异沉降减小.通过分析桩承式水平加筋复合地基及其上部填土的变形特点,推导出求解加筋垫层上、下方桩顶土压力、桩问土压力及桩土应力比的计算公式并分析了不同参数对桩土应力比的影响.     

螺纹桩和水泥搅拌组合桩地基处理数值模拟

基于蒙西华中铁路君山车站实际软土地基处理情况,运用FLAC 3D建立桩土二维有限元模型,比较分析螺纹桩和水泥搅拌桩组合桩在不同布置方式和不同桩间距工况下,地基土的竖向沉降、侧向位移以及地基土体的稳定安全系数。研究结果表明:组合桩在分开布置和交叉布置工况,随着桩间距的增加,地基土体竖向沉降量和水平向位移都增加,土体稳定安全系数随着桩间距的增加而减小,说明增大桩间距不利于土体稳定;在桩间距一定的情况下,桩体在分开布置工况下的竖向沉降量和水平向位移相比交叉布置工况有所减小,说明桩体分开布置有利于减小土体变形;当桩间距小于等于3倍桩径时,桩体分开布置的加固效果更明显,当桩间距大于4倍桩径时,桩体交叉布置的加固效果更明显。计算结果为软土地基处理提供了理论依据。     

路堤荷载下长短桩加固黄土地基影响因素的分析

黄土高原地区,有关路堤荷载下长短桩复合地基工作特性的研究较少,相关经验也较为缺乏。为更好地了解这种复合地基的桩土共同作用状况,结合实际工程,运用MIDAS/GTS有限元软件,分析桩长、桩间距和下卧层刚度对复合地基工作性状的影响。研究结果表明:在一定范围内,桩长和下卧层刚度的增加、桩间距的减小均能起到减小沉降的作用;由于负摩阻力的存在,长短桩的桩身应力最大值出现在桩顶以下一定深度处,当长桩为18 m,短桩为8 m时,长桩桩身应力最大达1 831.7 kPa;长(短)桩的桩身应力随短(长)桩长度的增加而减小;长桩桩土应力比随长桩长度、桩间距和下卧层刚度的增加呈先增加后稳定的趋势;短桩桩土应力比随短桩长度的增加而增加,随桩间距的增加而减小,随下卧层刚度的增加则呈先增加后稳定的趋势。因此,长短桩复合地基应在满足沉降及承载力要求的前提下,选取最经济的桩长、桩间距并使长桩桩端尽量支撑在较坚硬的持力层上。本文研究成果对长短桩复合地基的设计和施工均有一定的参考价值。