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.     

土工格栅加筋路堤有限元分析

通过有限元软件ANSYS对土工格栅加筋路堤进行模拟,阐述了加筋土的加筋作用原理。通过一个工程实例分别对不加筋、仅加砂垫层、加一层土工格栅砂垫层、加两层土工格栅砂垫层四种不同的加筋路堤进行了计算。分析了不同加筋方式下加筋土路基竖向位移、侧向位移、竖向应力、剪应力和筋材拉力的规律。     

高速铁路沉降控制复合桩基的性状试验研究

基于沉降控制设计理念,无砟轨道京沪高速铁路地基处理采用筏板+垫层+疏桩的方法,形成复合桩基以实现有效减少工后沉降和充分利用地基承载力的优化加固方案。为探索该新方法沉降控制机制,选用CFG桩开展了复合桩基现场试验研究,对复合桩基在高速铁路路基填筑、静置、预压卸载过程中的地基沉降变形、桩和桩间土土压力、筏板顶与底部压力进行了长期观测,分析了路基沉降变形、桩-土应力比和荷载分担比以及筏板的受力随填筑高度和固结时间的变化规律。研究表明：筏板＋垫层＋疏桩联合加固地基方案在初期充分发挥了桩间土承载作用,导致桩与桩间土产生差异沉降;随着垫层的调节作用,筏板可集中发挥桩体的承载能力及显著提高桩顶应力集中程度,地基土沉降主要发生在加固区范围内,从而揭示了复合桩基在路基荷载下的承载机制和变形特性。现场试验结果可为指导高速铁路CFG桩复合桩基设计参数的进一步优化提供试验依据。     

加筋路基处治不均匀沉降模型试验研究

通过室内小比例模型试验,模拟高速公路过渡段施工中经常采用的土工格栅加筋路基,研究土工格栅加筋结构能否有效控制高速公路过渡段的不均匀沉降。试验共设计了不铺设土工格栅、铺设1层土工格栅在路基上、中、下位置、铺设2层土工格栅在路基上中、中下、上下位置铺设,以及铺设3层土工格栅上中下位置,共8种工况,分析各种土工格栅加筋方案中路基的不均匀沉降和土工格栅的受力特性。试验结果表明,土工格栅加筋路基可明显调节过渡段的不均匀沉降,在路基的中部和上部铺设2层土工格栅的加筋效果最佳。     

单根无黏结预应力筋对加筋体力学性能的影响

采用缩尺模型试验研究了无黏结预应力加筋土技术中水平土压力的大小及分布对预应力加筋体力学性能的影响。试验采用钢砂模拟中砂,解决了缩尺模型相似比的问题。完成了两个工况的试验,一个普通加筋土工况,一个具有单根无黏结预应力筋的工况。对比分析表明：对无黏结预应力筋施加预拉力前加筋体的顶部沉降小于普通加筋体的顶部沉降,施加预拉力后却增加了顶部沉降,但在堆载后具有单根无黏结预应力筋的加筋体的竖向变形更小;随着预拉力的增加,与无黏结预应力筋相邻的玻纤格栅应变相应减小,在距离墙面板较近位置测点玻纤格栅的应变减小得尤为明显,而底部玻纤格栅应变逐渐增加,在距离墙面板较近位置测点增加得较为明显;在堆载过程中,无黏结预应力筋的预拉力保持不变,堆载完成后略有增加。     

复合加筋排水褥垫加固路基有限元计算

复合加筋排水褥垫是针对沿海缺砂地区开发的,具有水平排水与加筋作用的一项新型专利技术,可取代软基加固中的排水砂垫层。采用二维平面应变Biot固结有限元模型对复合加筋排水褥垫软土路堤进行了数值模拟,结果表明复合加筋排水褥垫可以满足水平排水要求,另外与传统的水平排水砂垫层相比,该技术可降低地基附加正应力和超孔隙水压力,有效抑制路基侧向变形的发展,减小路基沉降与不均匀沉降,提高路基稳定性,加筋效果显著。     

加卸载作用下加筋垫层变形特征试验研究

加筋垫层由于具有诸多优点而被广泛应用于反复加卸载作用下公路、铁路路基等工程构筑物中。为研究加卸载作用下加筋垫层结构的变形特征，针对加筋与未加筋垫层2组模型，开展了单次加卸载静力试验。测试并获得了不同荷载作用下垫层竖向变形、筋材应变变化规律，对比分析了加筋与未加筋垫层的变形特征，并从能量角度对加筋垫层工作机制进行了探讨。结果表明：与未加筋情况相比，荷载作用下加筋垫层（加载板处）的沉降变形和残余变形更小。加筋后垫层表面（加载板范围外）的竖向变形及其受影响范围均增大，且在卸载过程中垫层表面竖向变形的水平分布曲线特征由“凹”型变为“凸”型，其加卸载曲线呈“∞”型。格宾网筋材应变沿横向呈现非均匀分布特点，其最大应变小于0.06%，筋材始终处于弹性变形状态。加筋垫层中筋材具有储存、释放及横向传递应变能效应，这使得加筋后垫层具有更好的承载能力与弹性性能，进而可降低循环加卸载作用下垫层的塑性变形或累计变形。     

软基路堤桩-网复合地基试验研究

桩-网复合地基是近些年发展起来的一种有效的软土地基加固方法,它集复合地基中水平向增强体与竖向增强体两种"单一型"复合地基之长,桩-加筋垫层-桩间土三者协同作用,共同承担上部荷载,其相互作用机理复杂。通过京沪高速铁路试验段中桩-网复合地基处理段进行的路基现场试验,对桩-网复合地基中基底土压力、土工格栅应力应变、桩和土的沉降及地基侧向位移等进行观测测试,分析了桩土应力分担比的变化过程、土工格栅的受力特点、沉降及侧向位移规律,有助于桩-网复合地基各组成部分的承载机理和应力传递机理的深入研究及网垫层对沉降控制的研究,并为提出桩-网复合地基的设计新方法提供一定的依据。     

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。     

加筋垫层应力扩散特性试验研究

采用数值试验方法研究加筋垫层的应力扩散特性。首先提出一种基于附加应力反算的加筋垫层应力扩散角计算方法,然后应用该方法研究了加筋垫层应力扩散角的单因素影响规律。表明加筋垫层应力扩散角的范围为45～60°,且加筋垫层设置参数和筋材参数都存在最优值,其对应的应力扩散角最大,最后应用正交试验和多元回归分析方法研究了加筋垫层应力扩散角的多因素影响规律,分析结果表明筋材的间距对应力扩散角变化的影响最大,其次是筋材的首间距,筋材长度对应力扩散角的影响最小,所得到的加筋垫层应力扩散角综合计算公式可为工程实践提供参考。     

置换减载与加筋复合处理方法对路基不均匀沉降控制效果研究

为了解决高速公路常见的不均匀沉降问题,提出了一种置换减载与加筋相结合的复合路堤处理技术。该技术利用具有一定刚度的PVC管置换路堤填土,减轻路堤自重荷载的同时发挥圆管的加筋作用,使得地基中附加应力减小,从而达到控制路基不均匀沉降的目的。为了验证该技术对地基不均匀沉降的控制效果,开展了置换减载与加筋复合处理路堤与未经处理普通路堤的大型模型试验,通过观测其在多级荷载作用下不均匀沉降的发展规律及沉降随时间的变化规律,并结合沉降理论进行分析验证,揭示了置换减载与加筋复合处理方法控制不均匀沉降的机制。该成果为加筋路堤或轻质置换路堤的设计及计算提供了理论依据。     

低填方加筋路基沉降的Kerr模型解

为更加准确分析软土地基上低填方加筋路基的沉降,将路面结构简化成Euler-Bernoulli梁,路堤填土和加筋体视作复合材料并简化成可考虑横向剪切作用的Timoshenko梁,软土地基采用可考虑应力扩散的三参数Kerr弹性地基模型模拟。采用能量法建立加筋路基能量平衡方程,根据总势能驻值原理得出加筋路基的沉降控制微分方程,并基于特征值法求解沉降微分控制方程,分别求得Kerr地基上路基沉降,路堤剪切应力和弯矩的解析解。分析了软土地基的厚度和弹性模量,加筋体位置等参数对路堤沉降和受力的影响。研究结果表明,相对于Winkler和Pasternak模型,Kerr地基模型能更加准确的模拟加筋路基的沉降。     

低填方加筋路基沉降的Kerr模型解

为更加准确分析软土地基上低填方加筋路基的沉降,将路面结构简化成Euler-Bernoulli梁,路堤填土和加筋体视作复合材料并简化成可考虑横向剪切作用的Timoshenko梁,软土地基采用可考虑应力扩散的三参数Kerr弹性地基模型模拟。采用能量法建立加筋路基能量平衡方程,根据总势能驻值原理得出加筋路基的沉降控制微分方程,并基于特征值法求解沉降微分控制方程,分别求得Kerr地基上路基沉降,路堤剪切应力和弯矩的解析解。分析了软土地基的厚度和弹性模量,加筋体位置等参数对路堤沉降和受力的影响。研究结果表明,相对于Winkler和Pasternak模型,Kerr地基模型能更加准确的模拟加筋路基的沉降。     

落石冲击下预应力加筋土路堤变形及荷载传递机制

针对偏远山区素填土公路在落石冲击下易产生大面积凹陷破坏的问题,提出运用预应力加筋土路堤解决的方法。为了探究预应力加筋土路堤在落石冲击下的变形性能、力学响应规律和荷载传递机制,设计并实施了落石冲击作用下预应力加筋土路堤和素填土路堤对比模型试验。试验发现：预应力加筋土路堤中形成的凹坑尺寸明显小于素填土路堤,体现了预应力加筋土路堤良好的抗冲击变形性能;随着冲击次数的增加,路堤刚度逐渐增加,导致路堤内部冲击附加应力时程曲线逐渐由“抛物线型单峰”转变为“双峰”分布,且预应力加筋土路堤工况中“双峰”的出现早于素填土路堤;落石在预应力加筋土路堤中的冲击力持续作用时间小于其在素填土路堤中的持续作用时间,且分布更趋均匀,更有利于冲击荷载的扩散;随着冲击次数的增加,预应力加筋土路堤内部冲击力传递率呈先增加后减小的变化趋势,与筋材变形规律一致。结合Levenberg-Marquardt优化算法得到了关于凹坑尺寸和冲击次数的预测方法,可为预应力加筋土路堤在崩塌灾害多发地区的工程应用提供借鉴,为工程预警提供参考。     

加筋条件和含水率对加筋土抗压强度和应力应变的影响

由滨海盐渍土的盐胀、溶陷和吸湿软化引起的土的低强度和大变形问题,可通过麦秸秆加筋的方法予以应对。加筋土的抗压强度及应力应变特性与麦秸秆的加筋长度、加筋率和土的含水率有关。加筋土的抗压强度试验结果证实：0.25%加筋率的加筋土抗压强度最大,0.20%和0.30%的次之;50 mm加筋长度加筋土的抗压强度最大,70 mm的最小。0.25%加筋率的加筋土应力应变曲线的峰值最大;随加筋长度的增加,加筋率对应力应变的影响程度降低。随加筋长度的增加,加筋土的应力应变曲线由应变软化型渐变为应变硬化型,以70 mm加筋长度的最为明显。低于最优含水率,应力应变曲线存在峰值;高于最优含水率,加筋土逐渐转向塑性变形。总结麦秸秆加筋土的抗压强度和应力应变的变化规律,为后期的三轴抗剪强度及其偏应力应变特性研究提供借鉴。     

考虑桩土差异沉降影响的桩网复合地基桩土应力比分析方法

桩土应力比是桩网复合地基或路基设计的重要控制参数,受土拱效应、拉膜效应和桩土相互作用及其耦合作用的综合影响,为此,本文首先引入几何同心拱模型,考虑桩土差异沉降与土拱发挥程度的关系,建立了新型桩网复合地基土拱效应分析模型,并根据水平加筋网变形特征将水平加筋网变形曲面视为球面与柱面的组合,建立了反映桩土差异沉降影响的拉膜效应分析模型。然后,考虑桩土相互作用及桩土差异沉降,建立了考虑路基填土、网、桩土加固区耦合作用的桩网复合地基荷载传递分析模型,进而提出了其桩土应力比分析新方法。该方法不仅能反映土拱效应、拉膜效应和桩土相互作用对桩土应力比的影响,而且还能反映桩土差异沉降对三者发挥程度的影响。最后,通过工程实例计算以及与现有同类相关方法的比较分析,表明了本文分析模型与方法的可行性与合理性。     

降低上海软粘土变形效应的加筋试验研究

为改良上海粘土的强度和变形特性,分别采用棕榈和麦秸秆加筋,以提高土的强度和抗变形性能。试验以质量加筋率和加筋长度作为影响因素,分析比较两种加筋土的无侧限抗压强度。试验结果为：(1)棕榈加筋土的无侧限抗压强度高于麦秸秆加筋土,两种加筋土均高于素土。(2)棕榈的适宜加筋条件为：质量加筋率1.0%,加筋长度的平均值15mm;四分之一圆管状麦秸秆的适宜加筋条件为：质量加筋率0.3%~0.4%,加筋长度15mm。(3)棕榈加筋土的应力应变曲线表现为应变强化型,麦秸秆加筋土的应力应变曲线表现为应变软化型。初步试验结果表明,棕榈与麦秸秆均适宜作上海地区粘土的加筋材料,加筋效果棕榈优于麦秸秆。     

加筋垫层土工织物中应力现场测试分析

如何测定加筋垫层中土工织物中的应力,对于研究土工织物的加筋效果是非常重要的,也是目前工程中急待解决的问题,也是非常困难的课题。结合实际工程,介绍了某防波堤土工织物加筋垫层现场应力测试中的仪器布置、埋设方法和测试结果。分析防波堤堤基土工织物拉应力分布大小、特点以及与堤底地基的沉降关系。实测结果表明,拉应力发挥水平远低于设计拉力值,这对土工织物加筋垫层稳定分析中如何考虑拉应力大小提出了新的问题。     

土工格栅加筋垫层加固软土地基模型试验分析

基于压缩、剪切、拉拔、抗拉试验结果分析了土工格栅加筋土的力学特性。通过室内模型试验研究了加土工格栅和不加土工格栅地基土的侧向位移和竖向位移随深度的变化规律、位移场、应力场、应变场。结果表明,土工格栅加筋垫层能有效地改变和阻止塑性区的形成和发展,对下卧软土地基起到扩散应力、均化应力的作用,控制软土地基塑性变形,增强地基延性和刚度,有效地控制地基竖向位移和侧向位移,增强地基的抗剪强度,增强整个地基的稳定性,提高了加筋土体的承载能力,为实际工程应用提供了可靠的理论依据。     

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