水平荷载下黄土地基单片地下连续墙现场试验研究

基于墙顶水平荷载作用下黄土地基中单片地下连续墙的现场试验,分析和研究了地下连续墙的水平受力变形特性,得出了在不同荷载作用下墙身各截面弯矩、水平位移及墙侧土抗力等沿墙深的分布规律。结果表明,在水平荷载下墙体上部的1/3段受荷载的影响最为显著,墙身水平位移及转角沿墙深非线性衰减,并随墙顶荷载的增加而增大;墙身弯矩及墙侧土抗力最大值发生在地表以下一定深度范围内,随荷载的增加其最大值及0值点沿墙身逐渐向下迁移,且土抗力-位移曲线呈现双曲线的特征;墙体剪力在地表处最大,沿墙身向下呈非线性变化。     

预应力锚索复合土钉支护的现场测试研究

结合北京熊猫环岛地铁车站深基坑支护工程,通过对预应力锚索与土钉联合使用条件下土钉轴力随时间变化、土钉轴力沿长度的分布、土钉轴力最大值的分布、锚索预应力的变化等现场测试及分析,从力学机制上研究了预应力锚索复合土钉的工作机理,研究表明:(1)土钉受力具有时间效应及开挖效应;(2)土钉轴力形成和空间分布与基坑潜在滑动趋势有关;(3)预应力锚索对作用范围内土钉轴力空间分布有一定影响;(4)预应力锚索可减小坡体位移,使得各土钉轴力相对减小,改善坡体应力状态;(5)工作状态下,土钉和预应力锚索的受力状态变化相互影响较小,各自发挥作用。     

超大面积深厚软土桩-网复合地基承载性状模型试验研究

基于厦深铁路潮汕车站地基处理加固工程,完全参照原型的软土地基地层分布情况,设计了两种不同桩间距下的超大面积深厚软土桩-网复合地基物理模型试验,对荷载传递机制与不同桩间距下桩体荷载分担比、桩土应力比及地基沉降规律等进行了系统研究。结果表明,桩身轴力沿着桩身高度往下先逐渐增大到某一深度后又逐渐减小,随着桩间距增大,桩承担上部荷载的方式由摩擦桩逐渐向端承桩变化;随着桩间距增大,桩身中性点下移,桩身最大负摩阻力出现的位置下降,且其值减小;桩间距对桩-土应力比有显著影响,而对桩体荷载分担比影响较小;不同桩间距下,两桩中心桩间土与桩顶差异沉降均小于4桩中心桩间土与桩顶差异沉降;随着路堤填土荷载增加,土工格栅表现为拉应变逐渐增大,拉应变曲线刚开始比较平缓,后逐渐变陡,增大的速率先慢后快。     

边坡岩体弱面注浆宏观效应数值模拟分析

为反映弱面注浆对边坡岩体的宏观效应,通过对边坡弱面注浆前、后两种状态采用FLAC3D数值计算模型,分析边坡岩体注浆前、后的应力、位移场的变化。结果表明:注浆前,竖向拉应力和水平拉应力区向边坡内侧增大,且平行节理面分布,节理面两侧应力变化梯度明显;静态位移和动态位移向边坡内侧递减,位移在节理面处明显发生突然变化。边坡内侧节理面是构成潜在滑动面的主要因素。注浆后,拉应力区明显变小,拉应力贯通区消失,应力变化梯度减小;静态位移和动态位移明显下降,节理面处位移突变减小或消失。说明注浆加固处理对节理损伤起到很好的修复作用,提高了节理的抗剪强度和抗剪刚度。从而使岩体的应力场和位移场变得均匀和连续,节理面的拉应力区减小,较大的位移得以抑制,提高了节理边坡的整体性和稳定性。     

土钉与土体间的应力传递研究

根据土钉与土体间剪应力-相对位移关系曲线,分析了土钉与土体间荷载传递机理,建立了土钉与土体间应力传递的力学模型。利用截面上的平衡条件,推导了有别于传统假设的作用在土钉上的应力分布及变形表达式,从理论上分析了土钉与土体间的应力传递规律,并结合工程实测数据验证了该模型的合理性。     

基于明德林解的土钉内力计算方法

土钉内力计算是土钉墙设计计算的关键指标,通过虚拟开挖应力模拟土钉墙开挖状态,假定面层受力为0,提出了钉土剪力在潜在滑动面两侧沿土钉方向呈双三角形分布的计算模型,推导了钉土剪力和土钉轴力的计算公式。利用Mindlin应变解,得到在虚拟开挖应力和钉土剪力共同作用下潜在滑动面位置土体及土钉端部土体侧向位移,根据钉土剪力分布模型计算得到土钉在潜在滑动面位置的弹性变形。根据钉土剪力在潜在滑动面位置等于0的特点,得到钉土相对位移在潜在滑动面位置为0的结论,结合潜在滑动面位置两侧土钉轴力大小、相等方向相反,可以得到钉土剪应力计算公式中未知系数,从而得到土钉轴力和钉土剪力。通过与法国CEBTP大型试验1号墙实测数据的对比分析,初步验证了基于Mindlin解的土钉内力计算方法的合理性和可行性。     

桩承式路堤土拱形成及荷载传递机制离散元分析

土拱效应是桩承式路堤中影响荷载传递的关键因素。基于前人的室内模型试验,建立了桩承式路堤离散元（DEM）数值分析模型。基于路堤中应力偏转规律对土拱随桩土相对位移的形成规律进行了分析。在该基础上提出了合理拱轴线土拱模型,并引入荷载传递系数? 对土拱与土拱下方路堤填料间的荷载传递进行量化分析。模拟结果表明,桩土相对位移引起路堤中应力主方向发生偏转并形成虚拟土拱;土拱形态及高度随桩土相对位移的变化而变化,最大拱高约0.8倍桩净间距;? 随土拱高度的增加呈对数关系减小。     

不同胶结宽度粒间胶结特性试验研究

胶结砂土中水泥含量、能源土中水合物的含量会导致其宏观力学特性的差异,从微观层面可以解释为颗粒之间胶结物含量的不同所导致的粒间力学性质的差异所致。为研究不同胶结物含量的胶结颗粒的力学特性,进行了不同胶结宽度的粒间胶结试验,试验结果表明：（1）峰值压缩荷载随胶结宽度的减小呈非线性变化,宽高比对峰值荷载有明显影响;（2）峰值拉伸荷载随胶结宽度减小而线性减小,宽高比对其影响不大;（3）峰值剪切荷载和峰值扭矩由两部分组成,即胶结部分和摩擦部分。且其变化趋势相似,随着法向荷载的增大,峰值荷载先随之增大,在达到临界应力比后,峰值荷载开始减小,当应力比达到1,即胶结破坏时,胶结部分不再发挥作用,此时粒间荷载由摩擦部分提供;（4）在压-剪-扭试验中,不同初始偏心距情况下得到的峰值荷载在剪力-扭矩平面内呈椭圆状。     

桩侧注浆抗拔桩离心模型试验与原位测试分析

通过离心机模型试验研究了注浆对接触面特性、抗拔桩荷载-位移曲线及桩侧摩阻力的影响,揭示了注浆提高桩身侧摩阻力发展规律和抗拔承载机制,并进一步将离心机模型试验的结果与原位试验结果进行了对比分析。研究表明,注浆桩侧摩阻力的发挥呈现一个渐进过程,桩身上部极限摩阻力率先发挥,并逐渐向中下部发展;注浆后桩侧极限桩侧摩阻力得到提高,而发挥极限状态所需的桩-土相对位移减小,上拔加载过程中,桩侧上部和下部极限摩阻力增幅较大,中部增幅较小。离心与现场试验一致表明,桩侧注浆显著提高了桩的抗拔刚度及极限承载能力。     

不同胶结厚度下粒间胶结力学特性的试验研究

为研究胶结物厚度对粒间胶结强度的影响,在蒋明镜等[1－4]已完成的0.6 mm厚度的环氧树脂和水泥微观胶结模型试验基础上,进一步选取1.0 mm和1.5 mm两种胶结厚度,通过一系列接触力学特性测试,并结合0.6 mm厚度的试验数据,分析了在不同胶结厚度和不同胶结物类型下,粒间胶结强度指标的变化规律。试验结果表明：随着胶结厚度的增加,峰值抗拉荷载增大,峰值抗压荷载减小;同一胶结厚度下,随着法向压力的增大,两种胶结物的峰值抗剪和抗扭荷载均先增大后减小,而同一法向压力下,随着胶结厚度的增加,二者的峰值抗剪和抗扭荷载均随之减小。在三维应力空间中（法向压力-扭矩-剪力）,两类胶结强度包线分别为水滴状、橄榄球状且随胶结厚度的增加而缩小,但形状不发生变化。     

深基坑土钉支护现场测试分析研究

土钉支护技术在我国深基坑开挖和支护中己得到了广泛的应用,但对其工作机理和计算方法的研究尚不完善。以一个基坑土钉支护工程为实例,对基坑水平位移、土钉拉力进行现场测试,得出了土钉水平位移和拉力的分布规律:(1)基坑最大位移发生在基坑顶部;(2)沿基坑深度范围受力最大的土钉在中部;(3)单根土钉最大拉力作用点在其长度的中部,沿基坑深度方向土钉最大拉力作用点的连线形成的曲线是潜在最危险滑动面的位置。     

地震作用下土钉支护边坡震后位移分析

基于土钉弹性支座假设,考虑了地震作用时边坡滑动体实时动态滑移对土钉受力的影响,结合拟静力极限平衡法推导了土钉受力实时动态变化与边坡震后位移计算表达式,提出了一种地震作用下土钉支护边坡震后位移计算的改进方法。结合算例分析表明,考虑与不考虑土钉受力实时动态变化的两种计算方法获得的边坡水平位移时程曲线规律基本一致,皆呈阶跃式增大趋势,但考虑土钉受力实时动态变化的改进计算方法得出的震后位移较不考虑的结果小,两种方法计算结果的差异随着土坡整体稳定性的提高而逐渐减小。结合相关文献中土钉支护边坡振动台试验数据,验证了改进方法的合理性。     

锚杆复合土钉支护协同作用的模型试验研究

通过室内模型试验,利用可视化追踪技术,对锚杆拉拔过程中土体位移场和对土颗粒孔隙率、颗粒轨迹的追踪等细观观测,研究锚杆和土钉的协同作用机制。研究发现,锚杆拉拔过程中颗粒的剪涨作用使土颗粒向土钉移动,由于土钉的边界约束作用,使颗粒移动发生转向,最终在锚杆和土钉之间形成压密区;压密区的形成不但减小了土体的位移,也使土钉和锚杆的极限抗拔能力得到提高,从而解释了锚杆复合土钉支护在基坑支护中能够减小土体位移的原因,可为完善锚杆复合土钉支护设计理论提供参考。     

粉质砂土土钉墙水平位移与土钉轴力的FLAC3D研究

以物理模型土钉墙的破坏性试验获得的土体的基本参数和模型的尺寸为基础,应用FLAC3D软件建立土钉墙数值模拟模型。通过数值模型模拟基坑开挖与支护过程,并监测该过程中的土钉墙墙体沿深度方向水平位移情况和各层土钉的轴力变化情况以及它们之间的关系。支护过程结束后,在墙顶分级施加竖向荷载直至墙体产生较大变形,研究了土钉墙在超载状况下的工作状况以及破坏过程,并与物理模型土钉墙的破坏性试验结果进行对比。研究发现,开挖过程中墙体水平位移底部大于顶部,呈“勺形”分布;墙体水平位移最大处附近的土钉轴力也最大;粉质砂土土钉墙变形超过基坑开挖深度的4‰后,墙体的稳定性会极大降低;粉质砂土土钉墙没有下卧软弱层时,在地面超载作用下其破坏形式为体内破坏,表现为部分土体沿滑裂面向下滑动。     

考虑剪切抗力的修正土钉单元及其应用

通常的有限元和有限差分分析方法都视土钉单元为只能承受单轴拉压的一维单元,不能承受弯矩。事实上大量土钉的剪切抗力对边坡稳定有着不可忽视的贡献。基于FLAC3D有限差分方法,提出了一种土钉单元剪切抗力的计算方法,并对某基坑土钉加固体系考虑和不考虑剪切抗力两种情况与实测值进行了对比分析,说明了土钉单元剪切抗力对边坡稳定的作用是不容忽视的,同时也说明提出的土钉单元的剪切抗力计算方法是合理的。     

抗滑桩应变特征与内力非线性研究

为探究抗滑桩实际内力与变形间的规律,特别是桩土相互作用下桩体受力、变形、稳定性等特征,通过抗滑桩大型物理模型试验,结合MATLAB拟合推导实现从桩表面应变散点数据到桩身挠度分布的求解。对比同桩长不同加载条件与同加载条件不同桩长两种情况下桩表面应变、桩身弯矩、剪力及挠度,分析抗滑桩的应变特征与内力变化规律。研究表明:单调与循环加载条件下抗滑桩工作阶段划分为三阶段,即未开裂阶段、混凝土开裂-钢筋屈服阶段、钢筋屈服-桩体破坏阶段。未开裂阶段一、二级荷载下由于土的压密性桩体略微回弹,桩表面应变、桩身弯矩、受荷段剪力及挠度出现较小的负值（绝对值约为破坏时的1%）。混凝土开裂-钢筋屈服阶段应变、弯矩、剪力、挠度增速明显加快。钢筋屈服-桩体破坏阶段应变、弯矩、剪力、挠度呈非线性增长,桩体的破坏模式均为弯剪破坏。随着自由端长度的增加,破坏时应变、弯矩增大,而剪力减小,破坏时应变增长约10%,弯矩增长约3%,剪力减少约20%;相对于单调加载,循环加载下最大弯矩值和最大挠度均有增大,最大弯矩增长约2%,最大挠度增长约1%。     

土钉支护现场测试及三维数值模拟分析

在进行土钉轴力和边坡位移测试的基础上 ,进行了土钉支护的三维数值模拟研究 ,对边坡位移、土钉轴力、塑性区分布等分别作了较为深入的探讨 ,认识到土钉与土体相互作用形成了一个完整的支护体系 ;基坑失稳破坏并非传统意义上的土体和土钉的破坏 ,而是土钉支护体系的整体性破坏 ;土钉支护体系的形成正是通过土钉的分担作用、应力传递与扩散作用来实现的 ,这是土钉支护作用的实质.     

Numerical analysis of the interface shear transfer mechanism of a single pile to tunnelling in weathered residual soil

Three-dimensional (3D) numerical analyses have been carried out to study the behaviour of a single pile to adjacent tunnelling in the lateral direction of the pile. The numerical analyses have included comparisons between the current study, previous elastic solutions and advanced 3D elasto-plastic analyses. In the numerical analyses, the interaction between the tunnel, the pile and the soil next to the pile has been analysed. The study includes the axial force distributions on the pile, the relative shear displacement between the pile and the soil, the shear stresses at the soil next to the pile and the pile settlement. In particular, the shear stress transfer mechanism along the pile related to tunnel advancement has been analysed by using interface elements allowing soil slip. It has been found that existing solutions may not accurately estimate the pile behaviour since several key issues are not included. Due to changes in the relative shear displacement between the pile and the soil next to the pile with tunnel advancement, the shear stresses and axial force distributions along the pile change drastically. Downward shear stress develops at the upper part of the pile, while upward shear stress is mobilised at the lower part of the pile, resulting in a compressive force on the pile. A maximum compressive force of about 0.25–0.52P_a was developed on the pile, solely due to tunnelling, depending on the pile tip locations relative to the tunnel position, where P_a is the service pile loading prior to tunnelling. The majority of the axial force on the pile developed within ±2D in the transverse direction (behind and ahead of piles) relative to the pile position, where D is the tunnel diameter. In addition, mobilisation of shear strength at the pile–soil interface was found to be a key factor governing pile–soil–tunnelling interaction. The reduction of apparent allowable pile capacity due to tunnelling was dependent on the pile location relative to the tunnel position. Some insights into the pile behaviour in tunnelling obtained from the numerical analyses will be reported and discussed.