考虑土拱效应的锚杆加固桩间土机理研究

研究目的:桩板墙是一种常见的铁路边坡防护工程,桩间板在施工前需要先开挖桩前土。因此为保障桩间土的稳定性,桩间常常逆作法施工锚杆,但由于该支护方法的机理尚不明确,尤其是当悬臂高度较大时桩间土极易发生垮塌,给后期施工带来安全隐患,并增加桩板墙背侧土方回填的费用。因此,论文重点围绕桩间土拱效应与锚杆加固的机理进行研究,以期为类似工程的设计及施工提供帮助。研究结论:(1)通过在桩间施工一定数量的锚杆,可有效降低桩间土发生局部垮塌的风险,使得锚杆能够紧密地连接桩间欠稳定土体、土拱压密土体及后方的稳定土体,土拱拱圈附近的密实土体发挥了锚杆锚固段的作用;(2)数值分析结果表明,受桩间土拱效应分布的几何形态的影响,锚杆布置宜在相邻两根悬臂桩跨中位置适当加密,采取该类布置方式相比均匀布置能够起到更好的加固效果;(3)桩间锚杆的设计钻进深度可以采用上部较短,中下部适当加长的方案进行设计,且锚杆设计钻进深度不应超过1.5倍桩间净距。若中下部桩间土体较密实,可以考虑适当减小锚杆的钻进深度;(4)采用锚杆加固桩间土大多是应用于临时防护,为了进一步提高桩桩间土的稳定性,降低道路运营期间因桩间土局部滑塌或掉块带来的风险,或出于美化道路周边环境等因素考虑。     

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。     

桩与土钉或挡土墙联合使用时设计理论探讨

研究目的:路堑预加固桩与桩间土钉墙或挡土墙联合使用时设计计算方法尚不成熟,特别是对其"土拱效应"对桩间土钉墙或挡土墙有何影响未见报道过。传统设计时未能很好考虑这一问题,一般按经验进行设计。本文结合南昆铁路某科研试验工点,对该问题进行了深入的理论探讨,提出了一些较新的观点,供同行参考。研究结论:为了使两桩之间形成"土拱效应",应使桩间支挡物的刚度较小,使其后土体具有形成卸荷土拱的松动条件,此时桩身土压力与挡土墙上并不一致,桩上大、桩间墙上则较小,这种受力模式要求我们不必将桩间的土钉墙或挡土墙做得太强;同时由于土拱的拱矢在跨中最大(一般不超过3m),而靠近桩边时较小,故建议土钉长度跨中的要比两边的长3m左右,边上土钉长度也不宜太长。     

管棚超前支护在平顶直墙隧道中的优化设计

管棚法作为浅埋暗挖隧道的一种辅助工法在防止隧道塌方、控制地层位移方面发挥着重要作用.管棚设计需要确定两个基本参数--间距、截面尺寸.而管棚的设计理论还不够成熟.文章引入土拱原理可以计算管棚的最大间距;而对于截面尺寸.提出在弹性地基梁法的基础上,考虑隧道开挖影响并结合增量法进行计算较为合理.同时认为,两个基本参数的相互影响必须综合考虑,假定管棚直径进行间距设计,应根据管棚受力分析进行校核,通过多次循环假定、计算、校核以得到较为合理的管棚设计参数.     

采用X形桩的遮帘式板桩码头结构静力分析

X形桩是一种反拱曲面异型桩,相比于同等截面积的矩形桩和圆形桩,X形桩具有更大的截面周长和惯性矩,受力性能更好。结合京唐港32#泊位遮帘式板桩码头结构,以X形桩代替传统的矩形桩,研究其对结构静力的影响。结果表明:相同桩间中心距时,以X形桩替代后可减小前墙弯矩;在同等桩间净距1.75 m下,两类模型的前墙最大弯矩基本相同。相同荷载作用下,前墙位移主要受桩间中心距影响,X形桩形状影响效应很小;锚碇墙水平位移受桩间中心距和遮帘桩形状的影响均很小。桩间中心距、净距与桩间土体土拱效应直接相关,对前墙弯矩、土压力、遮帘桩弯矩等有显著影响。桩间中心距为4.05 m或桩间净距为1.75 m时,结构内力改善效果较优,可采用该间距的X形桩替代矩形桩,节约工程造价。     

地震作用下抗滑桩间距计算与分析

基于太沙基松弛土压力理论，建立地震作用下桩间土拱效应受力分析模型，推导了考虑地震作用的抗滑桩间距计算公式。探讨了土拱有效影响范围和桩间土荷载分担比的合理取值，结果表明:土拱影响范围应为2.5倍的桩间净距，桩间土荷载分担比一般小于0.20。结合算例，不同地震烈度条件下桩间净距较不考虑地震时减小了8.1%~51.4%。敏感性分析显示，桩宽度、推力荷载大小和土性参数均会直接影响桩间净距计算值的大小，并且各变量对其影响程度在低烈度地震条件下更加明显。     

CFRP吊索钢管混凝土拱桥长期受力性能试验研究

碳纤维（CFRD）筋具有优良的物理力学性能,可作为钢管混凝土系杆拱桥中的吊索。制作CFRP吊索钢管混凝土系杆拱桥模型,对其长期受力性能进行试验研究。试验结果表明：素混凝土的徐变系数较钢管混凝土大1.14倍,加膨胀剂混凝土的徐变系数较未加膨胀剂混凝土大10%;拱桥模型在273 d持续荷载作用下,系梁的预应力损失平均值为2.4%,CFRP吊索的拉力较初始值增加29.6%-48.5%,钢管拱的表面压应变较初始值增加203%-536%;长期挠曲变形与短期变形之比分别是钢管拱2.30-2.47,系梁1.96-1.40,桥面板1.81-1.50。     

基于土拱效应的桩间距计算方法研究

基于桩间土的土拱效应,利用合理拱轴线几何特征及摩尔-库仑强度准则,通过力学概念分析,根据桩间静力平衡条件、土拱跨中及拱脚处的强度等基本控制条件,建立桩间距的计算模型。以工程实例对推导的桩间距计算公式进行验证,并与其他计算方法进行了比较,计算结果表明:实际设计值与计算结果基本一致。     

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。     

软土深部盾构开挖地层损失率对软土土拱效应的影响分析

盾构在软土深部地层进行主动开挖时,开挖所采取的地层损失率差异,会使得深部地层土体产生不同的位移以及应力变化,从而对软土深部地层的主动土拱效应产生差异影响。通过调整计算模型中的主动开挖土体范围,设定7种不同的地层损失率,建立地层损失与软土主动土拱效应比例之间的对应关系。通过分析可得： 1）盾构在4倍直径埋深条件下进行主动开挖时,在隧道上方1~2倍直径范围内形成主动土拱作用区域; 2）主动开挖所采取的地层损失率越大,开挖后拱顶处所受到的主动土压力荷载越小,土拱效应发挥越充分,且当地层损失率到达一定值时,盾构开挖所产生的主动土拱效应比例逐渐趋近于稳定临界值。