桩承式路堤土拱效应形成机制离散元模拟

针对桩承式路堤,分别建立二维和三维离散元分析模型,开展土拱形成过程数值模拟。从细观角度研究不同路堤高度条件下桩承式路堤土拱形态和荷载传递机制,获得土拱效应充分发挥条件下的土体沉降模式,其模式呈现为椭圆形拱状。二维分析结果表明,当路堤填土高度达到一定值时,其高度约为0.8倍桩净距。由于二维土拱模型只能反映一个截面上的土拱效应,因而高估了路堤荷载传递效率。相比二维Trapdoor分析结果,三维条件下土拱效应充分发挥时所需的桩-土差异沉降更大,桩顶和桩间土压力随差异沉降的变化速率更慢,荷载传递效率更低且受填土高度影响更高。     

基于Hewlett方法的桩网复合地基土拱效应优化算法

桩网复合地基填土性质与土拱效应发挥程度直接相关,而传统土拱模型并不能有效反映填土黏聚力对桩土应力计算结果的影响。在Hewlett极限状态空间土拱效应分析基础上,采用填土综合内摩擦角指标完成空间土拱拱顶及拱脚位置处单元土体应力极限状态分析,考虑桩间土应力非均匀分布与被动土压力发挥程度的影响,得到桩网复合地基桩体荷载分担比解析表达式。研究结果表明:填土黏聚力显著提高路基填土土拱效应,复合地基设计应考虑填土黏聚力的有利影响;桩间土应力并非均匀分布,通过非均匀分布系数折减后,可有效提高弹性工作状态的桩体荷载分担计算结果;考虑被动土压力发挥程度的计算结果并不合理,应分别由桩顶和拱脚土体应力极限状态确定对应的桩体荷载分担比,取较小值为最终桩体荷载分担比结果。     

桩承地基路堤土拱效应的影响因素分析

基于桩承地基路堤荷载的室内模型试验,采用ABAQUS对桩承地基路堤土拱效应的影响因素进行了分析。具体分析了桩帽大小、桩间土性质、水平加筋体、路堤填土性质等因素对土拱效应的影响规律。数值分析表明:①桩帽大小对土拱效应的发挥有很大程度上的影响。②桩间土模量越大,土拱效应越强,反之越弱。③水平加筋体的强度及层数越多,土拱效应越强,但随着水平加筋体的强度及层数的增加,土拱效应的增幅越来越小。④路堤填土的黏聚力与摩擦角越大,土拱效应越强。     

桩网结构柔性拱效应研究

桩网结构在国内外均有成功应用加固软土地基的实例,但理论严重滞后于实践,设计主要依靠工程经验,从而限制了该结构的推广应用。桩网结构柔性拱同复合地基垫层属于不同的两个概念,基于静力平衡状态在一定的假设条件下对桩网结构桩土应力比进行了推导,提出了桩网结构以沉降量控制的设计思路。结合遂渝客运专线工程实践应用推导出的公式,对桩网结构进行了设计计算;并对有关问题进行了分析,如拱的形成与各相关参数间的关系,合理桩间距与最大桩间距问题,应力比与各相关参数间的关系,柔性拱区垫层厚度的设置等。     

路堤荷载下带帽桩—网复合地基桩土应力比研究

通过对HEWLETT极限状态土拱效应分析方法的改进和土工格栅加筋垫层拉膜效应的分析,推导出路堤下带帽控沉疏桩桩土应力比计算公式。实例表明,精度满足工程要求。最后分析了各主要影响因素对桩土应力比的影响效果和规律。     

桩网结构路基土拱效应离散元研究

建立桩网结构路基的离散元模型,从散粒体和微观角度研究了桩网结构路基中的土拱效应。结果表明:土拱效应随着桩间土的沉降而发展变化,桩间土发生较大的沉降后土拱效应才能达到极限状态。桩顶平面上方1.67倍桩净间距范围内土体的密实度受土拱效应的影响,土体孔隙率的变化与土拱效应发展保持一致。土拱效应发展过程中土体的竖向位移远大于水平向位移,桩顶上方竖向位移小于桩间土上方竖向位移,等沉面的高度位于2.7倍的桩净间距处。土体中竖向应力的影响范围与密实度的影响范围相同,土拱高度为该影响范围的上限,在该范围内土压力系数随土拱效应发展而变化,但两者变化并不一致,且土压力系数在桩顶上方和桩间土上方也不相同。     

高速铁路CFG桩网复合地基桩土承载特性试验研究

通过京沪高速铁路北段李窑试验段的现场试验,对CFG桩网复合地基的桩、土应力和荷载分担比进行了分析研究.试验结果表明,CFG桩网复合地基桩土应力比随着路堤填筑荷载增加而增大,在填筑结束后桩土应力比基本维持不变.填筑结束时,平均桩土应力比为3.2,桩荷栽分担比为50%,即桩土各承担了一半的路堤填筑荷载,至预压土卸载后26 d增加至62%.桩帽边缘处压力大于桩帽中心处压力,反映出桩帽间存在比较明显的土拱作用.     

桩网支承路基结构中土拱效应及网垫受力的模型试验研究

基于相似理论,对桩网支承路基中心土拱效应进行8组模拟试验。测试桩顶轴力、桩土及路基不同高度处应力、格栅拉力和桩间土沉降随路基高度、外荷载变化特性,探讨格栅受力后变形。结果表明:加筋网垫上方竖向应力与以球形拱理论为基础的德国规范计算结果较为接近;加筋网垫下方桩间土承担竖向应力随路基高度、上覆荷载增加而增加;黏性土路基成拱效率略低于砂土路基;对于两层格栅组成的加筋网垫,下层格栅承担土拱效应竖向应力引起拉力大于上层格栅,位于桩帽之间并垂直于桩帽边格栅拉力大于平行于桩帽边格栅拉力;格栅初始松紧状态对土拱成拱效率有一定影响;格栅受力后平面变形形状近似呈悬索状。研究成果可为我国桩网支承路基结构加筋网垫相关规范提供参考。     

基于离散元数值模拟的桩承式加筋路堤土拱效应研究

桩承式加筋路堤能有效控制地基沉降和侧向变形,可快速填筑施工,大大缩短施工工期。土拱效应是桩承式路堤的主要工作机制,目前有多种模型。然而,对于不同路堤高度条件下桩承式加筋路堤土拱效应演化重视程度还不够。本文通过桩承式加筋路堤离散元数值模拟,验证了路堤变形为同心椭圆模式,高路堤条件下路堤存在等沉面且等沉面高度随路堤填筑高度增加而减小;揭示了填料高度增加下的桩承式路堤土拱效应变化规律以及桩承式加筋路堤土拱高度随路堤高度增加而降低的现象。     

CFG桩网复合地基桩土应力荷载比试验研究

在京沪高速铁路凤阳试验段用CFG桩网结构处理地基的实测数据的基础上,获得了柔性基础下桩帽顶、桩帽间土、四桩帽间形心处的应力及桩土应力比随荷载和固结时间的变化规律,并分析了桩土荷载分担比随固结时间的变化特性.现场试验结果表明:桩土应力比随荷载的增大而增大,基本呈线性关系;在荷载一定的情况下,桩土应力比随固结时间的变化不大;桩土应力比均值在4.0左右,地基土分担了约45%的路堤荷载.该研究成果可为中国高速铁路路堤下CFG桩网复合地基设计的参数取值提供实测依据.     

大振次列车动荷载作用下桩网加筋路堤土拱效应模型试验研究

通过桩网加筋路堤足尺模型试验,研究速度324km/h时列车120万次轮轴动荷载作用下,桩帽高度位置和3.2m路基范围内动土压力随振次的变化规律,分析长期动荷载作用下土拱演化规律。试验结果表明:桩土差异沉降较大时,桩帽承担约90%的动荷载和静荷载,土拱加强了路基中动应力往桩帽的传递,路基中动应力分布按Boussinesq公式计算不合理;长期动荷载作用下,桩土动应力比减小,但幅度变化不大,说明土拱弱化不明显。     

桩承加筋式路堤的承载机理研究

具有深厚软弱下卧层的路堤可采用桩承加筋式复合地基,以提高地基的承载力、减小路堤总沉降和差异沉降,而且可以布成疏桩,提高桩土荷载分担比,降低工程成本,在国内外的应用越来越广泛。本文采用拉格朗日描述位移的大变形有限元分析方法,研究桩承加筋式路堤的荷载通过土拱效应和拉筋材料传递到桩身的机理和变化规律,及其受路堤填筑高度、桩身刚度和桩间距、路堤填土的工程性质、拉筋材料抗拉刚度和铺设位置的影响性状。通过数值分析,得到一些有助于桩承加筋式路堤设计的结论。     

刚性桩桩网复合地基桩顶段桩间土附加应力分析

结合铁路CFG桩复合地基现场试验,进行桩网复合地基桩顶段桩间土附加应力分析。试验表明,在路堤填土荷载作用下,桩顶段桩间土压力仅在一定深度范围内有所增加,并且桩间土附加应力随深度迅速衰减,而桩顶段桩身轴力随深度增大。采用轴对称圆柱坐标系,针对有无桩帽的刚性桩复合地基,选取单桩处理面积范围内土体进行桩土相互作用分析,得出刚性桩复合地基桩顶段桩间土附加应力的计算方法。分析结果表明,在桩间土内部的剪切力和桩与土间摩擦力的作用下,桩和桩间土所承担的荷载在桩顶段重新分配,使桩间土所承担的荷载减小,而桩身所承担的荷载增加。桩土间黏聚力和摩擦角越大,桩间土中附加应力衰减的速度越快。计算值与数值模拟及现场实测结果的对比表明,计算方法可靠。     

桩网支承路基力学性能数值分析

运用ABAQUS有限元软件建立桩网支承路基三维模型,分析桩间距、桩帽尺寸、软土层模量、下卧层模量和格栅模量等关键参数对桩网支承路基沉降、桩土应力、垫层上方应力、加筋网垫承担的应力、桩土荷载和格栅拉力等的影响。结果表明,桩土差异沉降受软土层模量影响最大,路基存在明显的应力集中即"土拱"效应,加筋网垫承担的竖向应力随下卧层模量、软土层模量和置换率的增大而减小,随格栅模量的增大而增大,两桩帽间格栅竖向变形近似呈悬索形状,上层格栅受到的拉力约为下层的0.4倍。     

桩网复合地基加筋垫层土工格栅变形机理研究

在武广高速铁路CFG桩加固段选取一横断面,分别在桩顶和桩间土位置的土工格栅上间隔安装14个柔性位移计,测试土工格栅作为水平加筋体随荷载、时间的变化情况,结合测试结果,研究土工格栅变形的内在机理.研究结果表明,无论是在桩顶还是在桩间土的位置,土工格栅的变形沿路基横断面在路基中心区、路肩下过渡区和路基坡脚区表现出3种不同的变化规律;土拱效应是影响土工格栅变形的重要因素,受土拱效应的作用,在桩顶和桩间土中心位置均存在局部受压区域;垫层为级配碎石时,土工格栅最易受破坏的地方位于桩土交界处,土工格栅的破坏形态更近似平底锅形而非抛物线形.