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。     

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。     

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。     

桩承加筋垫层复合地基桩土应力比分析

对带桩帽的桩承式复合地基水平加筋垫层进行受力变形分析,得出加筋体的挠曲变形量及筋材拉应力。在此基础上,视复合地基中竖向桩体和桩间土体为线弹性体,由静力平衡及变形协调条件,同时考虑筋材拉应力的作用,得到水平加筋垫层上下桩土应力比的计算方法。该方法能反映桩土间的差异沉降量、水平向加筋体抗力作用、桩间距、桩帽直径等因素对桩土应力比的影响。最后,采用该方法对某一现场试验结果进行分析,理论值与实测值吻合较好。水平加筋垫层的存在使复合地基桩土应力比增大,地基承载力提高,用文中方法计算桩承加筋垫层复合地基桩土应力比是可行的。     

刚性基础下筋箍碎石桩复合地基桩土应力比计算模型

桩土应力比是筋箍碎石桩复合地基沉降计算中最重要的参数，但由于其涉及到桩体、土体及筋材三者之间的复杂关系且影响因素众多，目前尚无明确的计算方法。基于此，根据刚性基础下筋箍碎石桩复合地基的受力变形特征，首先通过数值模型研究筋箍碎石桩复合地基桩土应力比与荷载、埋深、筋材刚度以及桩土弹性模量比的关系。根据数值模型揭示的桩土应力比变化规律，提出一个新的桩土应力比计算模型，并依据该模型在假设桩体、土体及筋材应变协调的基础上利用弹塑性分析方法推导刚性基础下筋箍碎石桩桩土应力比的解析公式；基于建立的模型及计算公式探讨桩土应力比与各主要影响因素之间的关系。研究结果表明：该解析公式基于弹塑性理论分析，但也能考虑现场桩土应力比实测值，能够综合反映桩体、土体、筋材、埋深及荷载之间的相互影响作用，并且形式简单，计算方便；刚性基础下筋箍碎石桩桩土应力比在相同荷载水平下随埋深、筋材刚度、面积置换率、桩土弹性模量比及桩体摩擦角的增大而增大，随着荷载水平的增加则会逐渐降低并趋于稳定值；在碎石桩复合地基沉降计算中不宜采取单一的桩土应力比参数，而是应该根据荷载水平以及计算深度分层选取合适的桩土应力比作为计算参数。     

双向增强复合地基桩土应力比计算

基于水平增强体与桩间土共同作用机理,将土工合成材料视为弹性地基上的薄膜,桩间土体则视为具有一定刚度的弹簧系列,引入弹性地基上大挠度薄膜理论,推导了在路堤荷载作用下筋材挠曲函数,进而得到双向增强复合地基桩土应力比计算公式,结合算例进一步分析了筋材变形的主要影响因素及其变化规律,算例分析结果表明该计算方法是合理的,可为工程实际提供理论参考。     

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。     

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。     

刚性桩复合地基桩土应力比的时效分析及计算方法

为了研究考虑时效的刚性桩复合地基桩土应力比计算方法,首先对桩体承载力和桩间土排水固结理论进行分析,假设桩间土体为均质材料,且考虑土体沉降时忽略桩体的存在,考虑到刚性桩复合地基仅在竖向排水固结,采用太沙基一维固结理论,开展了对桩体应力和桩间土应力时效性的研究。选取单根桩和其四周加固区的土体作为一个计算单元体进行分析,基于荷载传递法,得到计算单元体各组成部分的沉降变形关系,从而推导出刚性桩复合地基中各个构成部位之间的变形关系表达式。之后将桩侧摩阻力分布曲线进行合理简化,得到桩体应力和土体应力随深度变化的表达式,再联合之前得到的变形协调方程,可解得桩顶部位桩体应力和桩间土应力,引入考虑时效性的桩土应力比修正系数,从而推得考虑时间效应后的桩土应力比计算式。最后在某工程中使用该方法对其进行了计算分析,得到不同地质条件下桩土应力比随时间变化的关系曲线。研究结果表明：刚性桩复合地基中桩土应力比具有较为显著的时效特性,在实际计算中不能忽视,桩土应力比时效特性表现为随时间的推移而增大,当桩间土地基压缩模量减小时桩土应力比增大,桩土应力比出现峰值时,刚性桩受力最不利,设计中应加以考虑,随后桩土应力比有所减小,最后趋于稳定。     

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。     

不同基础下夯实水泥土桩桩土应力比的试验研究

桩土应力比是一个非常重要而且难以准确确定的参数。该文通过对郑(州)西(安)客运专线上夯实水泥土桩复合地基进行的单桩复合地基的载荷试验和路堤下桩顶应力、桩间土应力的现场测试,分别获得刚性基础下和柔性基础下的桩顶应力、桩间土应力和桩土应力比,以及它们随荷载水平和加载时间的变化规律。探讨了两种不同基础下使得桩土应力比产生变化的不同内在机理。据此,提出了由载荷试验得到的桩土应力比不能直接作为柔性基础下的桩土应力比,而应该乘以一个折减系数。研究成果可为夯实水泥土桩复合地基的桩土应力比取值提供指导性意见。     

刚性桩加固软土路基设计方案探讨

采用有限元软件Plaxis建立了四个模型,通过对比模型计算结果,分析了土工格栅和桩帽对刚性桩加固软土路基中的作用,并与柔性桩加固软土路基的效果进行对比。结果表明:土工格栅对调节桩土应力比、均化沉降有一定作用;桩帽对提高桩土应力比、减小差异沉降的作用较明显;与柔性桩相比,刚性桩更能有效控制路堤总沉降和约束地基土体的侧向位移。     

路堤下水泥土挤密桩桩土应力比的试验研究

桩土应力比是一个非常重要而且复杂的参数。该文结合郑西客运专线上水泥土挤密桩复合地基的桩顶、桩间土应力的现场测试,对路堤下夯实水泥土桩的桩顶应力、桩间土应力以及桩土应力比,随荷载水平及加载时间的不同而发生变化的规律进行了分析,并探讨了其变化的内在机理。     

路堤荷载下CFG桩复合地基桩土应力比原位测试

通过对德兴至南昌高速公路填土路堤下CFG桩复合地基桩土应力比的现场原位测试试验,对不同桩距的CFG桩复合地基在路堤填筑施工期和载荷试验承栽板下的桩土应力比测试结果进行分析,探讨了桩土应力比随荷栽和时间变化的规律.结果表明:路堤荷载条件下与刚性荷载下桩土应力比的变化规律存在着差异,在路堤施工期测试的桩土应力比较刚性荷载试...     

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。