桥梁桩基对黄土边坡稳定性影响研究

黄土沟壑地区桥梁桩基施工对边坡稳定性影响较大,采用数值仿真软件研究土体强度、临坡距以及坡度对阶梯状边坡稳定性的影响。研究结果表明:当土体强度较小,临坡距和坡度较大时,临界滑移面主要出现在阶梯状边坡的下边坡,此时边坡安全系数较小;随土体强度增大,临坡距以及坡度的减小,临界滑移逐渐由浅层滑移转化为深层滑移,最终贯通整个边坡。     

组合荷载作用下斜坡桩基水平承载特性研究

斜坡桩由于斜坡的存在承载力与平地桩有较大的不同， 现阶段设计中一般通过设计人员经验进行承载力折减， 不能准确体现斜坡桩的实际承载力。 为明确折减方法， 通过一系列的数值模拟来研究水平力及弯矩组合作用下的斜坡桩基水平极限承载力特性。 具体考虑了弯矩、 坡度、 竖向力三个因素对斜坡桩基水平承载力的影响。 研究结果表明： 随着弯矩的增大， 桩基水平极限承载力显著下降后会维持平稳， 不同坡度下， 弯矩对水平极限承载力的相对折减值接近， 可用公式拟合； 随着坡度的增大， 桩基水平极限承载力的下降趋势在不同弯矩下趋同， 为线性下降， 可拟合后供实际使用； 竖向力对桩基水平极限承载力起有利作用， 坡度越大有利作用越大， 但均不显著； 土体性质影响斜坡桩基水平极限承载力， 但土体性质对水平极限承载力相对折减值影响较小。 总体来说， 坡度及弯矩对桩基水平承载特性影响最大， 竖向力及坡度影响较小。 设计时通过坡度及弯矩对平地桩水平极限承载力进行折减可得组合受荷斜坡桩的水平极限承载力。     

黄土地区陡崖坡段桩基合理临坡距研究

标准装配化的中小跨径山区公路梁式桥周期短、地形适应性强、经济效应显著,在我国山区应用广泛,但由于路线的固定、上部结构的装配标准化和山区地形的沟壑纵横,导致诸多桥梁桩址不可避免立于陡崖等不良地形之上,桩-土作用复杂、边坡稳定性问题敏感,合理的桩身临坡距离能够保证边坡稳定性和桩基施工工程中的安全性.针对陡崖坡段边坡稳定性问题,笔者利用ABAQUS建立非线性有限元模型,采用强度折减法以桩身至桩前临坡距离为参数进行了不同临坡距对边坡稳定性、土体位移和桩土接触状态的影响特征分析.研究结果表明:高陡边坡属于天然不利地段,边坡安全系数小于1,潜在滑动面形状较陡且位置在坡脚之上;随着桩基临坡距的增大,极限状态下边坡土体的整体位移和桩前土体的脱开范围先变小后趋于不变,考虑临坡距对边坡稳定性、位移和桩土接触状态的影响,建议陡坡坡顶桩基临坡距离应不小于10 m.     

强震作用下的砂土液化对桩基力学特性影响

为了提高位于液化土层桥梁桩基的抗震性能, 基于三向六自由度大型振动台模型试验, 分析了地震波作用下桩顶水平位移、桩身加速度及弯矩等动力响应, 并研究了地震波加载后桩基的损伤。试验结果表明: 在地震波作用下, 随着液化层埋深的增加, 土体液化后产生的侧扩效果逐渐减弱, 因此, 桩顶水平位移峰值逐渐减小, 但是当地震加速度超过0.6g时, 桩顶水平位移峰值不受液化层埋深的影响; 因地震荷载作用下粉细砂土层液化, 桩身加速度在该土层位置明显增大; 上部覆盖层压力作用使土层抗剪强度增大, 因此, 桩顶放大系数随着液化层深度的增加而增大, 且桩顶放大系数在Kobe波作用下最大, 5002波作用下最小, 砂土液化同时造成土层强度降低, 从而使桩身加速度在该土层出现放大效应; 桩身弯矩最大值均出现在液化层和非液化层分界处, 且在相同强度地震波作用下, 桩身弯矩最大值随着液化层埋深的增加呈增大趋势, 当地震加速度从0.30g增大到0.35g后, 桩身弯矩增幅为33.3%, 增幅最大; 不同类型地震波对桩基的破坏程度并无差异, 在加速度0.35g作用下, 桩基基频无变化, 但当地震波强度超过0.40g时, 桩基基频从1.65 Hz突降到0.45 Hz, 因砂土层液化产生侧向位移, 桩身剪切变形, 最终导致桩基损坏。综上所述, 当液化层较浅时, 应重点考虑地震波作用下过大的桩顶水平位移; 在桩基抗震设计时, 必须考虑液化层和非液化层分界处桩基的抗弯能力和液化层埋深的影响。      

强震作用下近断层桥梁桩基动力响应

为探明强震作用下断层上、下盘桥梁桩基动力响应差异,依托海南省海文大桥工程,通过振动台模型试验,研究了0.15g～0.60g地震动强度作用下断层上、下盘桩基的桩身加速度、桩顶相对位移、桩身弯矩响应规律差异与桩基损伤特征。研究结果表明：在不同地震动强度作用下,断层上、下盘桩基的桩顶加速度峰值相差0.291～0.488 m·s^-2,桩顶加速度放大系数相差0.067～0.195,原因为断层对两侧岩土体影响范围存在差异与桩周岩土体“非线性”差异;随着地震动强度的增大,断层上、下盘桩基的桩顶相对位移差值逐渐增大,最大差值为0.77 mm;断层上、下盘桩基的弯矩最大值相差5.294～82.932 kN·m,且弯矩最大值均出现在覆盖层软硬土交界面与基岩面附近,原因在于下盘作为稳定盘,受上盘土体挤压作用,对下盘岩土体的振动剪切有一定抑制作用;地震动强度为0.35g时,断层上、下盘桩的最大弯矩均未超过抗弯承载力,满足海文大桥抗震设防烈度Ⅷ度(0.35g)的要求;地震动强度为0.35g～0.45g时,断层上盘桩的基频变化幅度较小,地震动强度为0.50g～0.60g时,断层上盘桩的基频显...     

变幅水位影响下高填方岸坡框架码头结构承载特性研究

库区周期性变幅水位引起高填方岸坡土体抗剪强度参数发生弱化,进而导致框架码头结构稳定性降低,因此有必要开展变幅水位条件下高填方岸坡框架码头结构承载特性研究。首先,基于已建立的变幅水位下岸坡稳定性简化计算方法,考虑土体饱和度与水位循环次数对土体强度参数的影响规律,建立了考虑渗透力、土体饱和度及变幅水位循环次数综合影响下的码头结构承载特性简化分析方法。然后,借助ABAQUS有限元软件,建立了高填方岸坡框架码头结构三维有限元计算模型,并将建立的方法应用于某实际码头工程承载特性分析。结果表明：饱和度、变幅水位循环次数与渗透力的共同作用对岸坡框架码头竖向承载能力影响并不明显,然而饱和度及水位循环次数的增加略微增大了码头结构水平向极限承载能力,撞击荷载作用下,岸坡土体饱和度为90%比饱和度为14%时码头结构水平极限承载力增加了6.4%,水位循环100次比水位循环1次时水平极限撞击能力增加了3.3%;考虑渗透力后饱和度及水位循环次数的变化对岸坡土体位移影响较大,其中岸坡塑性贯通区及位移变化最大区域集中在坡顶挡土墙下方与岸坡第1排、第2排桩基土体周围。     

强震区跨断层桥梁桩基动力响应及避让距离研究

为研究强震区跨断层桥梁桩基动力响应及避让距离,依托海文大桥实体工程,选取4种类型地震波——5010波、5002波、Kobe波和El-Centro波;采用MIDAS/GTS有限元分析软件,建立了桩-土-断层相互作用模型,研究了断层上下盘桩的峰值加速度响应、桩顶水平位移响应和桩身弯矩响应的变化规律,以及桩基与断层之间的安全避让距离取值对桩基础力学变形特性的影响。结果表明：4种地震波作用下,断层上盘桩基的动力响应均较断层下盘的大,呈现显著的“上盘效应”;覆盖层土体对桩身峰值加速度有明显的放大作用和滤波作用;桩顶峰值加速度响应具有滞后性;比较而言,El-Centro波作用时桩顶峰值加速度及峰值加速度放大系数最大,5002波作用时桩顶水平位移峰值最大,Kobe波作用时桩身弯矩峰值最大。建议在桥梁桩基抗震设计时,应着重考虑断层上、下盘桩基的差异和地震波类型对桩基承载力的影响;推荐强震区跨断层桥梁桩基安全避让距离值为20 m(10D)。     

横向受力桩中剪切变形影响的分析

本文利用有限元法计算考虑剪切变形时横向受力桩的内力和位移,并以此分析了剪切变形对桩 顶位移和桩身最大弯矩的影响。分析认为:按现有铁路工程技术规范进行的横向受力桩基设计, 剪切变形的影响极其微小,可以略去不计。      

考虑横坡的轮胎路面接触压力分布的有限元分析

利用有限元软件轮胎与横坡路段路面结构作用的有限元模型,分析不同坡度条件下的轮胎接地压力分布,研究坡度对轮胎路面接触压力分布的影响规律。结果表明,道路横坡对轮胎路面接触压力分布的规律有显著影响：横坡的坡度对轮胎路面接触压力分布存在显著影响,当坡度较小时,接地压力在横向呈对称分布,最大接触压力出现在接触面横轴中心,随着坡度增加,上坡方向的轮胎路面接触面积明显大于下坡方向,接触压力最大值出现位置也出现偏移;横坡路段轮胎与路面之间接触面积较大,但总体的接触压力水平较低。     

偏压多孔小净距隧道拱顶竖向位移规律计算分析

为探究偏压条件下多孔小净距隧道施工期间的变形规律,依托实际工程,采用Midas GTS软件对不同地表横坡条件下软弱地质偏压多孔隧道开挖拱顶竖向位移进行了计算分析。计算结果表明：在右侧地表横坡不变的情况下,当左侧横坡变化时,左侧主、辅洞拱顶沉降随横坡坡度的增大先后呈现减小-增大-明显增大变化趋势,这表明隧道拱顶沉降变形先后受拱顶竖向荷载和地表横坡的影响更明显;当地形偏压超过25°时,应加强支护、严格控制隧道围岩变形;对于多孔小净距隧道,在不同横坡条件下,施工中应合理安排工序,优先开挖外侧且断面较小的隧道,以减小对临近隧道的影响。     

降雨对绿化边坡客土稳定性的影响

通过建立降雨条件下边坡客土的破坏模型，研究了边坡绿化过程中降雨对边坡客土稳定性的影响，分析表明，边坡客土的稳定性与降雨特征、边坡坡度、坡面特征、土体特性及土体厚度有较大关系．对于坡度较大的边坡，客土厚度不宜过大，以保持土体的稳定．     

盾构开挖引起邻近单桩水平向变形解析研究

为了探索邻近桩基在盾构开挖下水平变形规律，提出了一种邻近桩基水平向受力变形响应的解析方法。首先，基于Loganathan公式获得周围土体在隧道开挖影响下的自由位移，将既有桩基简化成欧拉梁，桩-土相互作用采用Kerr地基模型，建立既有桩基水平向受力平衡方程，从而获得单桩水平变形解析解。通过与有限元GEPAN数据对比，验证了该方法的合理性；与既有的理论解析对比，该方法更贴近有限元GEPAN数据。参数分析表明：增大盾构隧道埋深会致使桩基水平向最大变形位置深度增大，同时会引起桩身最大位移增大；桩基水平向变形响应会随着地层损失比增加而逐渐增大；桩基水平向位移会随着桩基与隧道水平距离的增大而减小，但桩身产生最大水平位移处埋深会随之减小。     

循环荷载作用下路基土体塑性变形研究

在分析岩土体在重复荷载作用下永久变形产生和发展的规律,以及对常用重复荷载作用下土体永久变形计算方法的基础上,采用单元强度随机生成的有限元方法对重复荷载下岩土体永久变形规律进行了数值仿真,得出以下主要结论:采用单元强度随机生成的有限元方法模拟方法能够较好的表现土体永久变形的基本规律,路基岩土材料的强度变异性是土体在重复荷载下累积变形表现与其他材料差别的主要因素;红层软岩路堤在不同大小的车辆荷载作用下塑性累积变形逐渐发展;当汽车荷载较小,路基在车辆荷载作用下的变形可以稳定。当荷载较大,则沉降渐进发展而且不能稳定,会出现路基土体移动,路基脱空等病害。     

采用墙式整体桥台的无缝桥受力特征

建立了考虑桥台-土相互作用的墙式整体桥台无缝桥的空间有限元模型,采用实测数据验证了模型的准确性;分析了不同荷载工况下主梁与桥台的受力特征,研究了温度、台后填土密实度与桥梁跨径对桥梁受力特征的影响。研究结果表明:与同等跨径简支梁桥相比,墙式整体桥台无缝桥受力最不利主梁的跨中弯矩降低了20%~40%,跨中与梁端弯矩之和降低了约28%,说明主梁内力分布比较均匀,结构纵、横桥向整体性增强;桥台顶部存在较大的弯矩和剪力,桥台变形比较复杂;墙式整体桥台无缝桥的内力和变形受温度作用的影响较为明显,且梯度升温与整体降温在梁端产生正弯矩,梯度降温与整体升温在梁端产生负弯矩,因此,设计过程中对于不同的构件应选用合适的荷载工况;台后填土密实度由松散变化至密实时,整体升温或降温作用下主梁梁端和跨中弯矩变化幅度小于5%,桥台变形幅度小于9%,说明台后填土密实度对主梁弯矩和桥台变形的影响较小;当桥梁跨径由6m增加至13m时,桥台顶部弯矩增加了1.781倍,桥台内力随跨径的增大而快速增大,因此,在墙式整体桥台无缝桥梁的设计时,建议最大跨径不超过10m,以控制桥台在正常使用极限状态下的混凝土裂缝宽度。     

临近建筑物SMW工法基坑围护结构受力特性研究

根据天津滨海新区欧风国际商业步行街临近建筑物地下室基坑开挖工程,采用ABAQUS有限元软件研究了SMW工法基坑围护结构的受力特性,讨论了型钢与水泥相互作用对SMW工法桩受力特性的影响。结果表明:SMW工法桩顶水平位移值4.53mm,说明临近建筑物对SMW工法基坑围护结构影响较小;考虑水泥土刚度贡献,SMW工法桩水平位移值、剪力值、弯矩值均比现行规范理论计算值小25%~35%;型钢与水泥土相互作用对桩的受力与变形影响较大,随着型钢与水泥土相互作用减小,水泥土对型钢的黏结强度的变小,型钢的受力与变形均变大。     

既有桩基影响下隧道开挖地层变形规律研究

为了研究城市隧道沿线邻近既有桩基的情况下,隧道开挖导致的地层变形规律,本文通过一个透明土物理模型试验并采用基于PIV技术的土体内部断层三维变形量测系统监测变形,得到了在既有桩基影响下,隧道施工过程中的地层规律。研究结果表明:隧道开挖引起的周围土体变形区域主要位于隧道上方及上方左右两侧,变形主要以竖向沉降为主,水平变形为辅,砂土地层呈现出整体较均匀变形模式,竖直与水平方向变形均大致对应隧道轴线对称;砂土地层中,隧道掌子面在桩基-隧道中心轴线前时,隧道周围地层变形较小,即隧道开挖的影响还未到达(刚到达)该区域;掌子面位置经过桩基-隧道中心轴线切面后,该切面上地层发生持续变形,直至掌子面位置距离该面约2倍直径后重新达到稳定平衡状态,变形基本完成。     

基于水平应变监测信息的边坡稳定性评价研究

基于有限元法,建立了3个不同坡顶距的边坡数值模型,通过在条形基础上施加逐渐增加的附加荷载,得到了边坡的位移、应变响应,探讨了边坡的破坏形式,分析了边坡不同高程处测线最大水平应变与边坡稳定性系数的关系。研究表明:随着基础荷载的逐渐增加,土体的水平应变也逐渐增加,但最大水平应变和最大水平位移出现位置并非出现于滑动面上,但通过水平应变分布可以观察土体的局部应力状态;边坡稳定性系数与测线最大水平应变之间存在一定的拟合关系,当坡顶距较小时,可采用对数函数或幂函数进行拟合,当坡顶距较大时,可用线性函数进行拟合;综合比较不同坡顶距的边坡模型中不同测线最大水平应变与稳定性系数的相关系数,发现最佳监测区域在边坡的中上部。     

预制节段箱梁存储期间裂缝变形控制技术研究

为控制预制节段箱梁存储期间的裂缝和变形,以南京长江五桥为工程背景,采用有限元法建立预制节段箱梁实体模型并进行分析,研究支承布置平面位置、箱梁叠放层数以及支承相对高差对其受力性能和位移变形的影响。结果表明,支承布置平面位置和箱梁叠放层数对预制节段箱梁位移变形影响较小,支承相对高差对其位移变形影响较大。当支承布置在底板两端、箱梁叠放层数不超过3层且支承相对高差不超过1cm时,可避免预制节段箱梁产生裂缝和较大变形。裂缝变形控制指标可应用于类似预制节段箱梁工程,且具有一定指导作用。     

重载铁路轨道结构受力特性仿真分析

重载铁路朝大轴重、高运量、高密度的方向发展,对轨道结构提出了更高的需求。轨道结构在列车荷载作用下的受力特性与轨道部件尺寸、材料参数等有关。在已有研究基础上,充分结合朔黄铁路现场实测数据,采用有限元方法建立重载铁路轨道结构仿真模型,计算分析了不同轴重及不同轨道参数下的重载铁路轨道结构的受力特性(包括钢轨、轨枕、道床、路基面的弯矩、应力、变形等)。研究结果表明:列车轴重对钢轨位移与应力影响最大;采用Ⅲ型轨枕、减小轨枕间距有利于减小轨道结构受力;道床弹性模量对钢轨位移影响较大,而道床厚度对受力特性影响较小。     

轻质泡沫混凝土在路基改扩建中的应用研究

文章依托工程实例,采用Midas GTS NX有限元软件对轻质泡沫混凝土路基的改扩建情况进行模拟,分析改扩建部分轻质路基的变形以及钢管桩的受力特性。研究认为,改扩建路基临空面的水平位移值与泡沫轻质混凝土的高度呈正相关,且路基顶面的水平位移值随距离路基中线位置呈先增大后减小的趋势,竖直位移值则呈“S”形减小趋势。同时,钢管桩的设置有利于提高扩建路基的整体稳定性,其所受的剪力和弯矩值在桩身上部和下部较大。