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。     

桩网支承路基受力及加筋网垫变形现场试验研究

以武广客运专线DK2 059+560为试验工点,进行桩网支承路基的现场填筑试验,研究路基应力传递及格栅变形特性.研究结果表明:桩网支承路基结构的沉降量较小,是1种有效处理软土和松软土地基的方法;在垫层上方路基存在明显的土拱效应,本工点的土拱高度在1.6～1.9 m之间;桩间土存在一定反力;桩间土和桩帽应力分布不均匀,桩间土4桩形心处应力比2桩中点处略小,桩帽形心处应力相对角点处应力略小;桩帽附近垂直于桩帽边的格栅肋条应变略大,4桩形心附近格栅的应变略小,下层格栅的应变大于上层;边坡处格栅的应变大于路基中心处,上层格栅防止边坡滑动的作用更大.与英国、北欧、日本及德国规范的计算结果比较,试验工点的桩间土竖向应力和承担荷载比例实测结果与德国规范球形拱理论计算结果较为接近.     

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。     

桩网支承路基结构中边坡推力效应的模型试验研究

桩网支承路基结构中边坡推力效应引起的加筋体拉力的几种主要计算方法存在较大差异,国外规范对此拉力取值较为保守.基于相似理论,通过4组模型试验对边坡侧向应力、格栅横向拉力以及边坡推力引起的拉力进行了测试分析.结果表明,边坡实测主动土压力的合力明显大于由边坡推力效应引起的格栅拉力,桩网支承路基中在计算边坡推力效应引起的拉力时,应考虑基底摩擦反力的影响.对于两层格栅,由边坡推力效应引起的格栅拉力,上层承担的拉力大于下层.提出了桩网支承路基结构边坡推力效应引起拉力的计算方法,为制定我国相关规范提供参考.     

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。     

桩网支承路基结构的模型试验方法

针对桩网支承路基结构的受力变形特点,结合相似理论,建立了几何相似比为1:6、应力比为1:1的模型试验系统,包括相似条件、模型箱、试验材料、加栽系统和传感器等内容.重点解决了试验中遇到的难点,包括格栅边界条件处理、格栅拉力和沉降测试方法以及加筋网垫变形形状的测试方法等问题.试验方法的建立为开展桩网支承路基结构的模型试验奠定了基础.     

高速铁路桩网结构加筋网垫受力计算方法

基于高速铁路桩网结构各单元间的协调工作机理,对加筋网垫承担的竖向静动荷载及其引起的加筋体拉力、边坡推力效应引起的加筋体拉力等计算方法进行研究.土拱效应引起的桩间土竖向应力采用球形拱假设计算,动荷载引起的竖向应力采用Boussinesq假设计算;加筋体拉力由竖向荷载和边坡推力效应两部分引起,对于竖向荷载引起的拉力采用悬索理论计算,并首次考虑加筋体初始挠度的影响;计算边坡推力效应时,不仅考虑路基边坡主动土压力的产生和平衡,还综合考虑基底摩擦的协同工作.加筋网垫受到的拉力全部由加筋体承担.作为主要加筋体材料的土工格栅加筋体的最低强度可取使用年限内发生失效应变时的强度,但应考虑工程施工和环境等因素的影响.     

遂渝线无砟轨道桩-网结构路基及其试验研究

研究目的：为实现无砟轨道铁路路基严格工后沉降的控制,遂渝线无砟轨道综合试验段首次采用了桩-网结构路基方案,其工作机理及其承载特性需要研究。研究方法：采用数值计算分析、离心模型试验、室内循环加载动态模型试验、现场实验等方法对无砟轨道桩-网结构路基承载特性、工作机理进行了系统的试验研究,基于试验研究研究成果,就桩-网结构路基定义、工作原理、设计技术进行了讨论。研究结果：基于试验研究研究成果,初步提出了桩-网结构路基定义、工作原理、设计技术。研究结论：桩-网结构路基具有竖向沉降变形小、变形稳定时间短的突出优点。桩-网结构可用于无砟轨道铁路深厚软弱地基加固、已建土质路堤的加固、无砟轨道道岔区等特殊地基加固。     

加筋砂垫层对提高软土路基极限填筑高度影响的分析

采用室内大模型试验、现场试验与有限元模拟相结合的方法,分析了加筋砂垫层对地基承载力和沉降的影响,探讨了加筋地基中筋带内力的发展和分布规律。分析结果表明,试验中采用的加筋垫层能显著提高软土路基的极限填筑高度,但对减小沉降效果不明显,各层筋带内力均随填筑高度增加而增加,在同一填筑高度下其最大值相差不大。     

基于离心模型试验的软土地基路堤加筋垫层效应研究

为了考察软土地基路堤的加筋垫层效应,进行4组不同垫层结构处理软土地基的离心模型试验,测试软土地基的沉降变形、垫层拉力和路堤基底压力等数据.测试数据表明:设置加筋垫层能有效减小并匀化软土地基在上部路堤荷载作用下的沉降变形,约束地基水平变形,且刚性垫层的效果好于柔性垫层;柔性蛰层具有一定的匀化路堤基底压力的能力,基底压力的分布与垫层结构形式及路堤荷载的大小相关;随路堤荷载的增加,刚性垫层的水平拉力呈M形分布,柔性垫层筋带拉力由M形分布逐渐过渡为"锅底"状分布,若忽略地基的摩擦力,刚、柔性垫层中路肩下拉力可分别用静止土压力公式和朗肯主动土压力公式估算.     

桩网结构路基填筑期格栅应变的变化规律

通过案例分析法研究桩网结构路基填筑期荷载分担变化规律、土工格栅应变,对比不同计算方法得出填筑期格栅应变的影响因素.研究结果表明:由于压实荷载和填筑过程的影响,格栅应变最大值出现在填筑期间而非运营状态;填土的内摩擦角决定了达到格栅应变最大值时的路堤填高,而填筑期的压实荷载决定填筑期的格栅应变极值.建议桩网路基设计时加入填筑期部分成拱状态下考虑压实荷载的受力验算,以使设计偏于安全.     

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。     

桩承地基土拱高度计算方法的研究及分析

综合考虑路堤填土高度、填土性质、桩帽大小及桩间距等因素,提出简便的土拱高度计算方法。具体分析了桩帽大小、桩间距,以及路堤填料高度和性质等因素对土拱高度及土拱高度与桩净间距之比的影响。结果表明:土拱高度受填土性质、桩帽、桩间距及填土高度等因素影响,其中受摩擦角、桩帽大小和桩间距影响较大,在设计时可首先考虑加大桩帽、减小桩间距或增加填料摩擦角的方式降低土拱高度来满足工程需求。在实际工程正常参数取值范围内,土拱高度大概集中在1.02～1.42倍的桩间净距范围内。     

铁路基桩反射波法完整性检测应用探讨

对使用反射波法检测铁路大直径基桩完整性时,其反射波曲线中浅部会产生1个正向缺陷信号的问题作了详细探讨。经分析,它是由于基桩在冲击成孔或人工挖孔施工中,其桩顶砂浆没有清理干净和人工挖孔桩护壁等原因引起的。所以,在采用反射波法检测基桩完整性时,其桩顶砂浆要清理干净,且露出含有粗细骨料均匀致密呈青色的混凝土新表面,而对于人工挖孔桩的护壁影响因素可在桩体混凝土强度达到设计强度95%时进行检测。这样,就能够消除反射波曲线中浅部的正向缺陷信号,以便正确判定基桩完整性。     

一种桥梁桩基础空间刚度的模拟方法

为了准确模拟桩基础对桥梁结构的空间约束,在总结常用桩基模拟方法的基础上,提出一种新的等效结构来模拟群桩基础的空间刚度,然后采用基于WinKler假定的m法,根据柔度相等的原则,推导出这种等效结构的相关参数,最后通过与常用模拟方式比较验证的方式,验证这种等效结构的准确性。研究表明:该种虚拟结构构造简单、建模方便,能够模拟桩基础的空间刚度,满足工程设计要求。     

铁路简支箱梁受损桥面板补强方案计算分析

对桥面板受损的24 m预应力混凝土箱梁制订顶板底面增设钢筋混凝土横梁的补强方案,采用ANSYS有限元软件对完好箱梁和补强箱梁进行建模分析。结果表明:在单线ZK特殊荷载作用下,考虑受损箱梁混凝土桥面板修补区域和补强区域的刚度折减后,补强箱梁桥面板的挠度与完好箱梁基本相当且分布更加均匀,补强横梁底面最大横向应力小于完好箱梁桥面板底面最大横向应力且前者沿横桥向的分布更加均匀;桥面板补强措施效果显著,受损箱梁补强后的力学性能满足运营要求。     

路堤下刚性桩复合地基的经验设计方法

路堤下刚性桩复合地基的设计目前大都是沿用刚性基础复合地基设计方法进行,设计结果与实际出入很大,造成刚性桩复合地基造价很高,影响它广泛使用.为了使刚性桩在复合地基中成为路堤荷载承担的主力及刚性桩的高承载能力特性得到较好发挥,本课题开展了大规模的现场试验研究.研究结论:研究表明刚性桩复合地基经验设计方法遵循两条基本原则,一要发挥桩的主导作用,二要充分发挥桩高承载特性.为此,确定桩、土荷载承担比确定为3,扩大桩间距和提高置换率,是实现这两条原则的有效途径.按建议的方法设计刚性桩复合地基时,桩只要打到持力层,路堤的沉降变形是可以控制的,能满足规范对桥头工后沉降的要求,其造价也是可以大大降低的.