Lade-Duncan准则下的土拱效应原理计算方法分析

现行挡土墙主动土压力计算方法未考虑土拱效应的影响,因而不能全面地反映土体的三维受力特性对挡土墙土压力的影响。根据Lade-Duncan准则在平面应变状态下的表达式,推导了考虑土拱效应影响的挡土墙后侧向主动土压力系数公式及土体竖向平均应力分布公式,得出挡土墙后主动土应力计算理论。结果表明:基于Lade-Duncan准则考虑土拱效应计算的主动土压力较不考虑土拱效应计算的结果偏小,更接近试验结果和实际情况。     

考虑土拱效应的挡土墙被动土压力研究

针对多数挡土墙被动土压力研究未考虑土拱效应和仅考虑砂土影响的现状,对考虑土拱效应的黏性土挡土墙被动土压力进行了研究,给出了黏性土下的侧向被动土压力系数;用应力状态法求解出了绕墙顶转动下的挡土墙被动土压力竖向平均应力及土压力合力及作用点,并结合算例研究了不同土拱效应对被动土压力的影响及不同计算方法对结果的影响。结果表明:由于土拱效应的影响,挡土墙被动土压力呈上大下小非线性分布;随着参数δ/φ的增大,土拱效应增大,挡土墙作用点高度逐步下降。     

考虑土拱效应的边坡桩间土钉墙受力计算

边坡抗滑桩桩间土拱效应对桩间土钉墙各部分的受力及土钉的设计长度有重要影响,然而现阶段多依个人或者设计单位经验对桩间土钉墙各部分的受力进行计算,对土钉长度进行设计,以上传统的受力计算及土钉设计方法均未充分考虑土拱的影响,使得土拱在工程运用中受到了限制。为了推广土拱在工程中的运用,首先描述土拱形状,继而深入研究土拱对桩间土钉墙各部分受力的影响,提出了基于土拱效应桩间土钉墙受力计算方法和土钉长度设计方法,此受力计算方法认为：土钉墙的受力取拱前土体主动土压力或剩余下滑力两者中的较大者,抗滑桩的受力为拱后土体剩余下滑力与土钉墙受力之和,土钉长度设计中土钉自由段和锚固段的分界线为土拱迹线。继而结合巴（中）达（州）铁路堑坡,通过数值模拟描述土拱形状,计算土拱影响下不同截面处抗滑桩和土钉墙的受力,并结合土拱形状对土钉长度进行设计,与不考虑土拱效应时受力计算结果和土钉长度设计结果进行对比。研究结果表明：考虑土拱效应较不考虑土拱效应时,抗滑桩纵断面受力明显增大,增幅大于11%,土钉墙纵断面受力明显减小,减幅大于12%,土钉用量节省接近13%,充分说明考虑土拱效应确实对抗滑桩受力、土钉墙受力和土钉设计长度造成较大影响。     

土拱效应对桩-土竖向纵波稳态振动响应的影响

为研究土拱效应对桩-土竖向纵波稳态振动响应的影响,首先建立桩-土系统振动响应模型,通过哈密顿原理以及变分法推导出桩体位移控制方程,并利用迭代算法求解解析解;然后采用有限元软件建模并对不考虑土拱效应下竖向纵波稳态振动响应的数值解与解析解进行对比分析,验证理论模型和数值模型的一致性和可行性;最后考虑土拱效应,通过数值模拟探究土拱效应对桩体振动位移响应的影响。结果表明:无量纲频率下,桩体长细比S1对桩体的位移振动响应有显著影响,土拱效应能够使桩体竖向振动响应的刚度增大,同时减小桩体的竖向振动位移响应的数值。     

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。     

倾斜刚性挡墙主动土压力的土拱效应分析

根据土拱效应原理和摩尔应力圆,获得了考虑墙背倾角影响的墙背法向主动土压力系数,然后根据水平微分滑裂体的竖向静力平衡得到了平移模式下的倾斜刚性挡土墙法向主动土压力、法向主动土压力合力及其作用点高度等的计算式。进一步分析了墙背倾角、墙土摩擦角和填土内摩擦角对法向主动土压力及其系数、法向主动土压力合力及其作用点高度的影响。     

考虑土拱效应的疏排桩-土钉墙组合支护基坑桩身内力和变形分析

采用中型岩土离心机进行了8组疏排桩-土钉墙组合支护基坑的离心机模型试验,基于试验结果,研究了土拱效应的存在条件,探讨了采用规范方法计算疏排桩-土钉墙组合支护基坑桩身内力与变形的适宜性,并提出了考虑土拱效应的桩身内力与变形的计算方法。研究结果表明:有土拱效应存在时,采用规范法计算得到的桩身内力及变形,与离心机模型试验临界破坏时的试验结果比较接近;桩间不能形成土拱效应时,规范法计算结果与离心机模型试验结果偏大;与规范方法相比,采用研究的计算方法计算疏排桩支护基坑桩身内力与变形更为合理。     

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。     

平行抗滑墙间土拱效应机理研究

在软基边坡处理中,采用水泥土搅拌桩连拱抗滑墙构造可提高水平抗弯刚度,抵抗弯折效应.但在无软土边坡中,拱壁的设置不仅不经济,而且影响了抗滑墙间土拱效应的形成,考虑不设拱壁,只研究平行抗滑墙间土拱效应.通过FLAC软件建立分析模型,分析土体的主应力迹线图及不同滑坡推力下Y轴各点X方向应力的变化图,对平行抗滑墙间土拱效应的机理进行了研究.结果表明,墙间土拱效应主要形成于抗滑墙后部末端及墙间位置,且存在大主应力拱和小主应力拱.同时考虑了抗滑墙长度及土体力学参数对墙间土拱效应的影响.对平行抗滑墙间土拱效应的进一步研究有一定的参考价值.     

桩网式复合地基竖向承载性能现场试验研究

为研究桩网式复合地基的竖向承载性能,依托济青高速公路拓宽改建工程,针对高桥头路段采用的桩网式复合地基埋设了土压力监测仪器,对施工过程中桩-土应力比进行了同步监测。监测结果表明,桩-土荷载分担效应随填土高度的增加而不断发生变化,填土高度较小时,桩、土间差异沉降较小,土拱效应不足以发挥,桩-土应力比差别较小;而随着路堤高度的增大,桩、土间的差异沉降逐渐增大,土拱效应得以充分发挥,荷载逐渐向桩顶集中,桩-土应力比增大,并最终趋于稳定。     

砂土层中盾构隧道竖向土压力的转移机理及其计算

开展了Trapdoor试验来模拟砂土层中盾构隧道的开挖,研究了Trapdoor上部竖向土压力的转移机理,总结了国内外土拱区侧压力系数K的取值,与试验结果进行了对比并给出其建议值。分析结果表明,隧道上覆土体通过拱效应把作用在衬砌管片上的部分竖向土压力传递到两边不动土体,从而导致竖向土压力明显减小,而水平向土压力有所增加;当土拱效应充分发挥时,按侧压力系数K=1计算得到的Trapdoor上部竖向土压力与试验结果比较接近。     

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。     

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。     

砂土地层盾构隧道开挖面土体应力状态分析

结合南京某越江隧道工程,建立了模拟盾构隧道开挖面失稳过程的数值模型,研究了越江盾构隧道开挖面失稳过程中土体应力变化以及由土体应力重分布引发的土拱效应。研究表明： 沿埋深由下至上,土体竖向应力随开挖面位移的增大先减小后保持不变,水平应力先减小后略微增大; 土体侧压力系数沿埋深由下至上先增大后减小; 随开挖面位移增大,开挖面前方局部土体竖向应力和水平应力同时减小,形成失稳破坏区; 失稳破坏区上部土体竖向应力减小,水平应力增大,形成拱顶区; 失稳破坏区四周土体竖向应力增大,水平应力减小,形成拱脚区,土拱效应逐渐发挥。     

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...     

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。     

淤泥地层中压入式沉井挤土效应的有限元分析

针对淤泥地层中压入式沉井下沉所产生的挤土效应及其环境影响问题,结合某超深地下车库工程,分析沉井压入挤土引起 的土体变形机制,并采用耦合欧拉-拉格朗日(CEL)法对下沉过程进行模拟,重点研究压入式下沉所引起的挤土效应。 研究结果表 明: 1)从土体位移来看,压入式沉井下沉挤土将引起地层发生4种典型变形,分别为井内土塞区的土体上拱、井边沉降区的土体被 带动下沉、稍远的主要隆起区的土体受挤压向上隆起及再远处的次要隆起区的土体隆起幅度逐渐减小; 2)下沉速度越快,竖向挤 土效应越大而水平挤土效应越小,刃脚挤压应力也越大,而当下沉速度为0.2~0.3 m/d时挤土效应最小; 3)土体压缩模量增大,竖 向和水平的挤土效应都会增大,且压缩模量小于2.03 MPa时挤土效应较小; 4)隔离桩可以较好地限制挤土效应引起的土体位移, 但相应地也会使挤压应力增大; 5)为控制挤土效应,建议沉井压入下沉过程中遇到高压缩性的软弱地层时以压入为主,而在遇到 相对较坚硬的地层时则应更多进行井内取土辅助压入。     

竖向地震作用对均质黏性土坡稳定性影响的解析法研究

为同时考虑水平和竖向地震作用,在前人工作的基础上,通过理论分析和公式推导,建立了一个能够考虑竖向地震作用的边坡稳定性解析公式.通过与有限元计算结果的对比,验证了解析公式的有效性.在此基础上,对解析公式进行了计算分析.最后,以一边坡为例,考虑不同地震等级和竖向地震作用,分析不同级别的竖向地震作用对边坡稳定性的影响.研究结...