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。     

路堤下现浇薄壁管桩复合地基工作特性分析

现浇薄壁管桩和土工格栅加筋碎石垫层所组成的复合地基加固软弱路基具有经济合理，施工时间短，承载力高，沉降减小明显等优点。采用非线性有限元对路堤荷载作用下的现浇薄壁管桩复合地基的工作特性进行了分析，结果表明：在路堤荷载作用下，路堤填土材料中的拱效应、土工格栅的拉膜效应或加筋垫层的刚性垫层效应、桩土间刚度差异引起的应力集中效应保证了大部分荷载由桩承担，有效地减小了总沉降和不均匀沉降。同时对荷载传递机理的影响因素做了分析.     

桩-网复合地基承载及变形特性的有限元分析

采用ABAQUS有限元软件,通过有限元数值模拟的方法分析了路堤荷载作用下桩-网复合地基中土工合成材料刚度、垫层厚度、桩体模量以及桩间距对复合地基的荷载传递特性、桩-土应力比、路基的表面沉降及侧向位移的影响。总结、分析计算结果,获得了桩-网复合地基承载及变形的一些基本特性,如：增加土工合成材料刚度,可显著地减小桩-土差异沉降和路基侧向位移,并增加桩-土应力比;增加垫层厚度,可明地改善桩-土荷载分担比和桩-土应力比等力学性状。这些结果对桩-网复合地基的设计与施工具有一定的指导意义。     

双向增强复合地基沉降计算方法研究

将双向增强复合地基中的水平向加筋垫层视为具有一定刚度的地基梁,竖向桩体和桩间土体简化为一系列刚度不同的弹簧,考虑水平加筋垫层上下界面摩阻力的影响,基于Winkler弹性地基梁理论推导出水平加筋体的挠曲变形微分方程,并给出其幂级数半解析解,从而得到了双向增强复合地基在对称荷载作用下的沉降计算方法。通过与常规弹性地基梁法的比较验证了该方法的正确性。该方法可考虑水平加筋体筋材拉力对双向增强复合地基沉降的影响,研究结果表明,水平加筋体的设置有利于减少复合地基的沉降量     

桩-网复合地基承载性状现场试验研究

桩-网复合地基是一种软弱地基处理方法,它能通过变形协调,充分发挥桩、网、土的各自作用,有效地控制工后沉降或差异沉降。为了解路堤荷载下桩-网复合地基工作机制,深入分析其沉降变形、荷载传递、桩土应力比和网的受力等性状,接桩体种类设计了两个试验区进行对比分析,研究成果表明,桩网复合地基可以有效减少沉降量;土工格栅的荷载传递能力强于土拱;土工格栅的最大应变出现在桩帽边缘,仅为1 %,最小应变则出现在桩间。试验结果为桩网复合地基理论研究和优化设计提供了依据。     

竖向荷载下加筋碎石桩复合地基数值分析

采用三维有限元程序建立了一长为6 m、直径为0.8 m的加筋碎石桩复合地基流固耦合数值模型,分析了其在堆载和孔压消散过程中的荷载传递和变形特性。较传统碎石桩,加筋碎石桩复合地基桩土应力比显著增大,超孔压、沉降和桩身侧向变形显著减小,且随筋材刚度的增大,其性能进一步改善。加筋碎石桩复合地基在桩间土固结过程中产生明显的桩土差异沉降,形成土拱效应,使得堆载结束后桩土应力比变化很小。筋材长度对加筋碎石桩复合地基桩土应力比和沉降影响显著,应对其全长加筋才能保证桩体刚度和有效减少沉降。     

列车激振荷载下PCC桩复合地基动力分析

PCC桩-网复合地基作为一种新型处理软土路基的结构形式,在软弱土地区高速铁路建设中已获得应用,其在列车激振荷载下的动力特性值得研究。本文确定了合理的列车动荷载加载形式,应用有限元软件ABAQUS建立了轨道-路堤-桩-土复合地基三维动力耦合有限元模型,基于基床、桩、垫层和地基模量参数变化,进行了路堤、桩体以及地基土的动力特性分析。结果表明：PCC桩复合地基动应力响应有别于实心桩,动应力波在管桩中发生反射交叠作用,桩与垫层动力相互作用大于土与垫层动力相互作用。基床表层模量变化对桩-土动力变化影响不大。垫层刚度的增加提高了桩体的动荷载分担比,同时桩顶动应力随着桩与垫层动力相互作用的增强而增大。随着PCC桩模量的提高,动应力在桩体中传播速度加快,动应力增大,使其承担了大部分动荷载,有效地降低了地基土承受的动荷载,同时减弱了上部荷载在复合地基内部影响。随着距离中心桩距离的增大,边桩动应力逐步减小。     

桩承式加筋路堤时效性数值模拟研究

利用有限元数值模拟方法研究了桩承式加筋路堤的时效性变化规律。通过无桩无筋、无桩加筋、竖向桩体及水平加筋联合使用3种情况对比研究,分析了路堤填土荷载作用下软土地基中超静孔隙水压力随时间的变化规律,探讨了路堤水平位移、沉降和工后沉降、筋材最大拉力及桩体荷载分担比随固结时间的变化规律。研究结论可为软土地基上路堤的设计和施工提供重要的参考。     

路堤荷载作用下柔性桩复合地基的沉降分析

为了寻求路堤荷载下柔性桩复合地基沉降计算的简便方法，基于已有的研究成果，将桩侧摩阻力分布简化为分段线性模式，根据桩长与临界桩长的大小关系，结合桩?土?垫层三者在交界面上的应力与压缩变形协调条件，运用单位元法推导了柔性桩复合地基加固区的沉降计算公式，并采用分层总和法计算复合地基下卧层的沉降量。结合工程实例对计算结果进行验证，结果表明：采用理论方法计算的柔性桩复合地基沉降量与现场实测沉降结果吻合较好，证明理论计算方法的合理性，且能较好地反映路堤荷载作用下柔性桩复合地基的工作性状。进一步分析表明：在临界桩长范围内，桩与桩间土相互作用，最大限度发挥了复合地基桩间土的承载能力；此外，由于桩侧负摩阻力对桩体有拖拽作用，桩身轴力在桩体中性面位置处达到最大值。因此，在工程设计中要高度重视和运用临界桩长和中性面的概念。     

路堤荷载下柔性桩复合地基沉降实用计算方法

根据等应变假设得到的复合地基加固区复合模量计算公式与实际路堤荷载下柔性桩桩土间的非等应变事实不符,因此,路堤荷载下复合模量法计算的沉降量多小于实测值。通过二维有限元方法分析了路堤荷载下复合地基变形特性。采用分层总和法反算加固区复合模量,提出了复合模量计算修正方法;并通过参数分析得到了各主要影响因素对复合地基加固区变形特性的影响;对比桩体设置前后下卧层变形差异,对下卧层沉降计算方法进行修正。由此建立了有限元方法与工程实用的分层总和法之间的联系,将有限元方法实用化,分别得到了路堤荷载下柔性桩复合地基加固区和下卧层的沉降实用计算方法。实例计算证明了所推荐方法的有效性。     

刚性桩复合地基工作特性分析

通过分析桩－土－垫层的共同作用,讨论了刚桩复合地基的工程特性,推导出在荷载作用下,当桩端土层为文克勒地基时的桩顶荷载、土体表面荷载、桩体沉降、土体沉降、受荷后垫层厚度等的计算公式,并根据出的应力比公式对应力比的多种影响因素进行了探讨。     

考虑桩土非等应变的路堤荷载下搅拌桩复合地基沉降计算方法

为全面考虑路堤荷载下搅拌桩复合地基的桩土非等应变特性,将路堤、桩体、桩间土及下卧土层整体考虑,在总结前人试验结果基础上提出简化的桩土应力比和桩土差异沉降两阶段模型,改进了现有的桩顶平面处的桩土应力比计算方法。根据实际的应力状态计算桩侧摩阻力,计算桩土荷载分担,进而得到桩体和桩间土沉降。通过各子系统界面处的位移和应力边界条件考虑其相互作用,得到了路堤荷载下搅拌桩复合地基总沉降计算模型。对比淮盐高速公路试验段搅拌桩复合地基的实测沉降、文中模型以及传统复合模量法计算结果,验证了该模型的正确性,结果表明模型计算沉降与实测数据吻合,较常规的复合模量法计算结果更接近实测值。     

基于荷载传递法的CFG桩复合地基沉降计算

深入分析了CFG桩复合地基的荷载传递机制,针对CFG桩复合地基中桩、土、垫层相互作用特点,基于荷载传递法,通过简化桩土单元体竖向相对位移分布模式,引入弹塑性荷载传递模型,并考虑桩体的上刺与下刺变形,建立出CFG桩复合地基沉降计算的基本微分方程,进而提出了一种新的能考虑桩-土-垫层体系共同作用的复合地基沉降计算方法。采用该沉降计算方法对某试验进行分析,其结果表明,沉降计算值与实测值吻合较好,且该方法计算工作量小,便于工程应用。     

CM桩复合地基桩土应力比及垫层效应现场试验研究

通过现场4桩大压板静载试验,布置土压力盒,测定并分析C桩（刚性桩）桩顶、M桩（亚刚性桩）桩顶和桩间土体应力,计算桩（C桩+M桩）土荷载分担比,分析CM桩复合地基静载试验过程中桩、土的受力特性。通过设置不同垫层厚度,对比大压板试验P-S曲线,结合单桩静载试验,分析CM桩复合地基垫层的破坏模式及垫层效应。试验结果表明,CM桩复合地基工作时C桩桩顶应力集中现象明显,C桩桩土应力比大于10,M桩桩土应力比小于10;随着试验加载,桩土应力比逐渐增大,C桩桩土应力比增大幅度大于M桩;在复合地基设计荷载条件下,桩土荷载分担比接近6:3:1;将M桩和桩间土体视为一整体,即地基处理后相对于C桩的“桩间土”,则桩土荷载分担比为6:4,设计较为合理;随着垫层厚度增大,CM桩复合地基沉降值增大;当C桩成桩质量较好时,垫层破坏模式为C桩桩顶刺入破坏,试验时应合理选取褥垫层的材料和厚度。     

考虑加载过程及桩体固结变形的碎石桩复合地基固结解析解

为了完善碎石桩复合地基固结理论,通过假设从桩体排出的水量等于流入桩体的水量与桩体体积变化之和以及地基扰动区土体水平渗透系数呈线性变化,并考虑上部荷载逐渐施加,推导了考虑桩体体积变化的碎石桩复合地基超静孔压及固结度解析解。当加载时间趋于零时,本文解可退化为瞬时加载情况下的解;当加载时间及桩径同时趋于零时,本文解可进一步退化为Terzaghi一维固结解,这证明了本文解的正确性。通过与已有解的比较,对地基固结性状进行了分析。结果表明,加载过程对地基固结度影响显著,加载历时越长,固结越慢;在各种条件下,不考虑桩体固结变形时地基固结始终比考虑桩体变形时快,并且其影响随着加载历时变小、桩径比变小、桩土模量比变小、桩土渗透系数变小而逐渐增大,这说明在实际工程固结计算中不考虑桩体固结变形是偏于不安全的。     

基于Winkler模型的双向增强体复合地基沉降计算

将加筋体和复合地基垫层作为一个整体薄板加以考虑,在考虑薄板非线性变形及加筋体水平抗力作用的基础上,基于虚功理论及Winkler弹性地基模型,建立了双向增强体复合地基加固区沉降计算方法。该方法能综合反映上部荷载、面积置换率、垫层及桩间土刚度、桩土应力比等主要因素的影响。以其为基础,设计完成了2组双向增强体复合地基室内模型试验,得到了其相应的荷载-沉降曲线及桩土应力比数据。模型试验与工程实例计算分析表明,加筋垫层的水平抗力对于降低复合地基沉降量是有利的,其影响不容忽视,同时验证了该方法的合理性和可行性。     

路堤下刚性桩复合地基桩-土应力比计算

路堤下刚性桩复合地基普遍存在的负摩阻力对桩-土相互作用特性影响显著。基于极限剪切位移受应力水平影响较小而受试样尺寸影响较大的试验结果,提出了桩-土界面剪切刚度随应力水平变化的等单位长度极限剪切位移理想弹塑性模型,针对桩-土相互作用的上部负摩阻力塑性区、中部协调变形弹性区和下部摩擦承载塑性区3区段模式,建立了塑性区非均匀、弹性区非线性的摩阻力分布图式;以均布路堤荷载下等桩长复合地基中单桩等效加固单元体为研究对象,利用单元体荷载传递微分方程,结合桩-土-垫层压缩变形协调条件,推导出了中性面位置及桩-土应力比的解析表达式,分析了路堤荷载及垫层柔度系数的影响。研究表明：中性面位置随垫层柔度系数增加而下移,随路堤荷载增大先下移后上抬;桩-土应力比随垫层柔度系数增加而减小,随路堤荷载提高先增大后降低,据此提出了采用最大桩-土应力比进行桩体布置和垫层设计的技术思路。     

循环荷载及静载下土工格室加筋路堤模型试验研究

为探究土工格室加筋路堤在循环荷载及静载下的各种性能,利用美国GCTS公司的USTX-2000加载装置进行加载,通过改变加筋层数、格室高度,格室焊距对土工格室加筋路堤进行一系列模型试验。对各种工况下加筋路堤极限承载力、长期循环荷载及固定振次循环荷载后极限承载力的变化进行研究。试验表明,土工格室加筋能显著提高地基极限承载力并能显著减小坡顶和坡中临界破坏时的法向累积变形,在加筋间距一定的情况下,加筋层数增加和格室高度增大均可不同程度提高极限承载力并减小临界破坏时坡顶法向累积变形,格室焊距的减小也可在一定程度提高极限承载力,格室焊距对边坡法向变形影响不大;长期循环荷载下固定间距加筋层数对路堤竖向累积沉降量影响不大,而对边坡坡顶法向累积变形有一定影响,格室高度增大和格室焊距减小均可不同程度减小路堤竖向累积沉降量和坡面法向累积变形;越靠近加载点处,路堤土压力值受加筋影响越显著,加筋提高了土体刚度和密实度,使加筋路堤土压力值较无筋路堤明显增大;对于无筋路堤,改变动载幅值和振次均导致振后极限承载力有不同程度的降低,而对于加筋路堤,当动载幅值≥30 kPa或动载振次≥1 000时,振后极限承载力均有不同程度的提高。     

考虑下卧层特性的复合地基荷载传递规律模型试验研究

为研究存在下卧层复合地基的荷载传递规律,进行多组复合地基室内模型试验。针对不同桩径、垫层厚度和下卧层厚度等工况进行试验,得到增大桩径不能提高桩体的承载力发挥度;复合地基的设计要充分考虑垫层和下卧层对荷载传递的影响一系列有益的结论。试验结果表明,复合地基中桩身轴力、桩侧摩阻力和荷载分担比的分布及发展过程,可为复合地基理论研究提供一定的依据,并对其设计起到一定的指导作用。     

低强度桩复合地基沉降计算方法研究

从低强度桩复合地基沉降变形模式出发,建立了一组低强度桩复合地基沉降计算的应力-应变协调方程。推导方程过程中,考虑了桩-土-垫层之间的相互作用,得出了桩土应力比和等沉面深度的解析解,并且进一步得到了桩和桩间土体的应力分布规律、压缩变形量、桩体上刺入垫层和下刺入下卧土层的刺入量。在此基础上,通过与复合地基下卧土层的压缩变形量求和,最终推导出了低强度桩复合地基的总沉降计算公式,为低强度桩复合地基的沉降计算提供了一种科学方法。