红砂岩路基强夯处理大变形数值模拟方法与效果分析

针对红砂岩路基难以压实的特性,采用强夯方法,提高红砂岩路基压实度。基于强夯处理红砂岩路基的现场试验,采用显示动力有限元程序LS-DYNA建立强夯三维模型,对强夯的动力响应进行了数值模拟,研究了强夯作用下红砂岩碎石土路堤的应力-应变变化规律,得到了强夯后土体的应力场、位移场,并与现场试验结果进行了对比,分析了强夯加固红砂岩路基的作用机制及有关夯击参数的取值方法,认为直径为2 m的夯锤在1 200 kN•m夯击能作用下的有效影响深度为4～6 m,锤间距（中心距）不宜大于3.5 m。     

强夯法加固岷江防洪堤粉土地基的效果检验

对宜宾市岷江防洪堤工程粉土地基进行了强夯法加固现场试验,介绍了试验区强夯法的施工设计和现场检测与室内试验结果。强夯法加固地基现场检测结果表明,采用1 600 kN?m的夯击能使该粉土地基有效加固深度达到8 m。 当夯点间距为5 m,强夯2遍,满夯1遍后,现场检测和取土实验结果表明：由于强夯作用,粉土层的干密度明显增加,压缩性和渗透性降低。在天然地基中,32.2 %的标准贯入击数小于5,强夯以后,标准贯入击数全部大于7。粉土地基经过强夯处理后,满足了防洪堤地基对承载力和渗透性的要求,消除了Ⅶ度地震液化势。采用正三角形夯点布置区的加固效果明显优于正方形夯点布置区的加固效果。     

离石地区湿陷性黄土地基强夯参数的试验研究

针对离石地区超高填方下深厚湿陷性黄土地基强夯加固参数及效果开展了系列试验研究,分析了强夯前、后各试验区平均夯沉量和土体主要物理力学指标的变化规律,并给出2 000、3 000、6 000 kN•m 能级条件下强夯加固的夯点中心距、最佳击数、停夯标准及有效加固深度等主要参数,在此基础上确定了强夯有效加固深度的估算方法。试验结果表明,离石地区深厚湿陷性黄土地基强夯处理后加固效果显著,有效加固深度范围内黄土湿陷性基本消除;离石或类似地区湿陷性黄土地基采用2 000 kN•m及其以上能级进行强夯处理后,地基承载力特征值均可达到300 kPa以上,土体变形模量大于25 MPa,强夯有效加固深度可采用修正Menard公式进行估算,修正系数可取0.35～0.37;2 000、3 000、6 000 kN•m 能级强夯最佳击数分别为11、10、10击,有效加固深度分别为5、6、9 m,夯点中心距分别为4、4、5 m,且分别可将点夯最后两击的平均夯沉量不大于5、5、10 cm作为停夯标准。试验研究成果可为同类工程的设计与施工提供参考。     

以吹填砂为覆盖层的饱和软粘土地基强夯试验研究

针对某港区工程陆域不同区域的地质条件和工程荷载,进行了不同工艺的强夯试验,对夯坑周围地表变形、土体水平位移以及孔压的增长和消散进行了观测,并对强夯加固效果进行了试验研究。研究表明,采用强夯法加固以吹填砂为覆盖层的饱和软土地基是可行的,有效加固深度可达到6 ~7 m,吹填砂层厚度对有效夯击率和碎石土垫层的作用有显著影响。由于吹填砂层和淤泥质粘土层中的粉细砂薄层有利于孔隙水压力的消散,用强夯法处理该类地基时,如果设计加固深度较小时,可以不设置竖向排水体。通过对试验数据的分析研究,获得强夯法加固该类地基土的最佳强夯参数和施工工艺,并且认为选择强夯施工工艺应考虑吹填砂层厚度。     

强夯能量利用率反演及加固影响范围研究

强夯法具有高效的地基处理能力而被广泛应用,但加固地基的同时会对周围工程结构和环境产生一定的振动危害。以能量转换原理为基础,近似将夯击能分为振动波能和土体塑性功两部分,通过建立的强夯椭球体分区加固模型,导出塑性功计算格式,提出利用监测强夯夯坑深度变化信息来反演强夯能量利用率的反演方法,并导出了相应的反演公式。依据加固压实区和加固影响区椭球体分布假设和夯坑深度变化监测结果,给出了强夯加固范围和影响范围大小的计算思路和方法。以北京园博园回填土地基强夯加固工程为背景,利用现场监测试验信息对强夯能量利用率和加固范围及影响范围进行了反演分析和计算。分析表明,文中方法不仅能够有效地反演出强夯能量利用率和计算出强夯加固范围和影响范围,且可利用分析结果能够方便地估算地基强夯加固时的有效夯击次数,进行加固方案设计等。通过分析结果与现场地基测试结果的比较,验证了文中方法的有效性和实用性。     

基于体应变的强夯加固范围研究

通过数值模拟分析地基的强夯加固效果,把夯后地基土的体应变与工程要求的干密度联系起来,用控制体应变作为评价加固范围的标准。通过对数值模拟及试验数据的分析发现,夯击冲量越大,加固效果越好。相同夯击能可以产生不同加固效果的规律,得出了用夯击冲量替代夯击能作为施工参数的控制标准更为合理的结论。改进了夯锤尺寸影响强夯加固效果的研究方法,分析时固定夯锤厚度比固定夯锤质量更具归一性。研究表明,在土性参数相同的条件下,夯击沉降量仅与单位面积夯击冲量有关,而加固深度不仅与单位面积夯击冲量有关,还与夯锤半径有关。在以控制体应变作为加固范围的评价标准、研究各参数影响规律的基础上,采用量纲分析法得到了加固范围的计算公式,并与工程实例进行对比分析,得到了强夯作用下土的干密度分布特征。所得结论对类似工程具有一定的参考价值。     

高能级强夯法处理深厚吹填砂土地基现场试验

沿海吹填砂土地基地下水位较高、常含软土夹层,地基处理难度大。为了研究高能级强夯在这类吹填砂土地基上的加固效果,在山东沿海某吹填砂土场地开展6 000和8 000 kN·m能级强夯加固试验。试验结束后分别运用标准贯入试验、静力触探试验、平板载荷试验进行现场检测。通过对比分析了设计要求深度范围内标准贯入试验和静力触探试验,发现夯前夯后标准贯入试验击数和静力触探锥尖试验阻力均明显提升,有效消除了饱和砂土和饱和粉土的液化势;通过平板载荷试验p-s曲线及夯后静力触探锥尖阻力标准值与承载力特征值的关系式,得到夯后砂土地基承载力特征值≥120 kPa,验证了高能级强夯方案的可行性。其次,对软土夹层位置和地下水位高度展开研究,发现软土层会阻碍夯击能传递,减小强夯有效加固深度,且软土层位置不同对强夯加固效果影响程度不同,强夯影响临界范围处存在软土层时,有效加固深度为软土层顶部位置处;对砂土地基进行4 000 kN·m能级强夯试验时,发现未降水强夯后有效加固深度为5 m,降水至地面以下3 m强夯后有效加固深度达到了7 m,提高了加固效果。在高能级强夯研究基础上,对现场吹填砂土地基进行了75万m²的大面积高能级强夯施工,发现处理后地基能够满足建筑用地要求。     

沿海下卧软弱夹层碎石回填地基15000kN·m高能级强夯试验

针对某沿海下卧软弱夹层的碎石回填土地基,在国内首次开展了15000kN·m高能级强夯的现场试验。通过单点夯试验各夯点与夯坑周围地面沉降观测及强夯前后地基动力触探测试结果的对比分析,揭示了下卧软弱夹层的碎石回填地基上15000kN·m高能级强夯的作用机制,得出该条件下强夯的有效加固深度为11.5m,主夯点间距宜为12.5m,夯击数宜为18～22击的有关结论。其结果可为类似工程参考。     

回填块石土强夯施工工艺的确定及设计优化

以华能莱芜电厂百万机组“上大压小”扩建工程填方区回填块石土强夯地基处理试夯试验为例,比对2个试夯分区采用不同施工工艺施工的质量差别及处理效果,据此查明强夯法的施工质量,确定强夯有效加固深度、土的密实度、变形参数和地基承载力等。根据场地夯填厚度,选取合适的虚填厚度及相应的施工工艺,确定最终施工方案,进一步提高强夯地基处理效果,为最终确定大面积施工所采用的施工工艺提供依据。     

不同夯点布置形式下群夯加固效果研究

强夯作为一种高效的地基加固技术已被广泛地应用于各类工程建设中,针对强夯的理论研究主要集中于单点夯作用下的土体响应方面,对群夯作用下相邻夯点的相互作用研究较少。为研究不同夯点布置形式对强夯加固效果的影响,在LS-DYNA的框架内,采用非线性大变形显式有限元算法和“帽子”本构模型计算了强夯作用下土体的压密程度。首先,基于单点夯试验,通过夯周土体侧向位移的数值计算结果与实测数据的对比,验证了模型的合理性。在该基础上对菱形、正方形两种常见夯点布置形式下的强夯施工过程进行了数值模拟,研究不同夯点布置形式对强夯过程中土体压密程度的影响。结果表明,夯点间土体同时受相邻夯点的影响,临近后期夯点的一侧土体的加固效果要优于临近先期夯点的一侧;夯点按菱形布置（等边三角形）时土体的加固效果要优于夯点按正方形布置（等腰直角三角形）。此外,夯坑深度、有效加固深度可以将强夯影响深度以内的土体划分为土体剪胀区、强加固区和轻微扰动区三部分。     

郑西客运专线湿陷性黄土区试验路堤的沉降观测与预测研究

郑西客运专线路堤工后容许沉降量为15 mm,湿陷性黄土区路堤地基处理的沉降控制是关键性技术难题,为此,选择湿陷性黄土代表性地段进行了不同地基处理措施路堤工程沉降观测试验研究。研究结果表明,路堤本体的压缩沉降量只有3 mm,并在路堤竣工后的15 d内趋于稳定,路堤沉降主要由地基沉降控制,而地基沉降则决定于3种不同地基处理措施层以下土层的沉降量大小。在沉降量大小、地基处理和浸水效果方面,22 m深湿陷性土层全部处理的柱锤冲扩桩区段最好,15 m深湿陷性土层的挤密桩区段较好,6 m深湿陷性土层的强夯区段最差,而且采取合理的防排水措施防止坡脚附近积水浸泡非常必要。采用双曲线法、三点法和Asaoka法预测结果的平均值作为路堤的最终沉降量,柱锤冲扩桩区段、挤密桩区段的路堤分别需要恒载预压5个月、8个月便可卸除荷载铺设无碴轨道,强夯区段路堤的预压荷载可能需要持续很长的时间。     

高路堤下涵洞地基处理现场测试与数值模拟研究

山区高速公路高填方涵洞工程应用广泛,由于地基处理不当造成的涵洞病害屡见不鲜。结合现场实测成果和有限元数值模拟结果,分析了涵洞结构物的受力状态及地基受力、变形特性,讨论了地基刚度、不均匀沉降对涵洞受力的影响和埋深效应对地基承载力的影响。研究结果表明：涵洞基底与相同标高下涵洞外侧路基基底土压力相差不大,地基设计时可按二者相等考虑;地基刚度越大,涵洞顶部土压力越大,对涵洞结构物强度要求就越高,地基处理中应尽量避免使用刚性桩复合地基。根据研究结果,提出了高路堤下涵洞地基的设计方法。     

土石混填路基现场压实试验及其固结机理研究

基于压实度和弯沉值检测在某高速公路检验路基质量标准的应用实践,通过现场填筑试验,分析土石混填路基的压实固结机制并探讨不同施工因素（碾压次数、虚铺高度、颗粒级配、洒水遍数、振动方式）及其组合形式对压实质量的影响。研究结果表明:（1）随着碾压遍数逐渐增大,路基弯沉值先减小后平稳,压实度先增大后平稳;（2）先两遍静压再六遍高频率振动碾压,松铺厚度为30 cm,洒水两到三遍可以进一步改善压实效果;（3）颗粒破碎是影响路基压实度增大的因素之一,压实度增大是粗颗粒破碎成细颗粒,填充颗粒间孔隙,使粗细颗粒彼此咬合的结果。通过对试验结果的分析,提出了路基压实度与回弹模量的高斯指数关系,可作为高速公路快速安全施工的理论参考。     

高铁路基正交跨越地裂缝带动力响应数值分析

本文以大西客运专线高速铁路正交跨越地裂缝带为研究对象,基于有限元数值方法建立了高速铁路地基-地裂缝-路堤动力计算模型,模拟分析了高速列车荷载作用下有、无地裂缝带天然地基上路基的动力响应差异特征及影响规律。计算结果表明:列车荷载作用下无地裂缝带场地,路基动位移、加速度和动应力响应基本平稳,没有明显差异现象;而地裂缝带场地路基动位移、路堤本体内加速度均表现为上盘增大、下盘减小,垂直于线路走向路基动位移、加速度幅值衰减下盘大于上盘,地裂缝对加速度影响的临界深度约为地表以下15 m;地裂缝的存在引起其上盘路基出现动应力降低和下盘动应力增强现象,地裂缝场地沿深度方向路基动应力影响的临界深度为地表以下10 m。上述研究结果可为我国地裂缝发育区高速铁路建设与防灾减灾提供科学依据。     

山区机场高填方地基变形与稳定性系统研究

以四川九寨黄龙机场104m高填方地基为例,阐述了山区机场高填方地基变形与稳定性系统研究方法和步骤。认为高填方地基工程研究、设计与施工必须紧密结合,研究工作可分为5个阶段:第一,开展高填方地基基础地质条件研究和环境工程地质评价;第二,结合工程情况进行高填方地基变形与稳定性试验研究并提出软弱地基处理方法;第三,进行软弱地基处理试验和填料碾压夯实试验;第四,结合工程实践进行高填方地基变形与稳定性原位监测,并结合监测研究成果对前期试验研究进行反馈分析;第五,综合各阶段研究成果,对高填方地基将来的变形与稳定进行预测,并以此为依据进行场道工程设计。     

强夯在高路堤填筑上的应用

介绍强夯法在填筑运城－三门峡高速公路的一个41高路堤中的应用。分析了夯期检测和长期监测的结果，并与分层碾压法进行比较，说明强夯法具有压实度高，含水量适宜的范围宽和施工速度快的优点，可在高填方工程中推广应用。还简要介绍了袋装砂井在过湿土地基处理中的应用。     

公路黄土地基处治前后沉降变形分析

在湿陷性黄土地区,黄土作为高速公路地基的主要原料其强度和变形特性不能满足要求,主要有振动碾压、冲击碾压和强夯3种有效且实用的处治方法。本文根据原位试验和室内试验的数据,进行有限元模拟,在不同高度路堤和不同加载方式情况下,地基沉降变形随着处治能级的增加而减小,路堤本身的沉降保持不变。对于地基处理的深度和沉降变形减小的效果,强夯最好,冲碾次之,振碾最弱。处治前后地表中心沉降变形值与加载路堤高度之间的关系均可用二阶多项式回归拟合。2～4m高的路堤采用振碾的方式处理地基,5～10m高的路堤采用冲碾方法,大于10m的路堤多用强夯或者直接修桥来代替,对于黄土地区高速公路建设与维护具有重要意义。