土工格室加筋垫层路堤破坏模式和稳定性评价

采用土工格室加筋垫层提高软土地基上填方路堤的稳定性已得到认可,但其破坏模式和稳定性分析方法仍未取得共识。作者通过室内物理模拟试验,识别软土地基上无筋垫层路堤、土工格栅加筋垫层路堤和土工格室加筋垫层路堤的失效模式,并在此基础上探讨土工格室加筋垫层路堤的稳定性和临界填筑高度分析方法。研究结果表明:软土地基上无筋垫层路堤和土工格栅加筋垫层路堤发生穿过垫层的圆弧滑动破坏;土工格室加筋垫层路堤呈整体破坏模式,滑动面虽呈似圆弧状但未穿过加筋垫层,破裂面在软土地基中形成和发展,而且位置更深。在识别破坏模式的基础上,通过土工格室加筋垫层的工作机理分析,提出了软土地基上土工格室加筋垫层路堤稳定性和临界填筑高度分析方法。     

基于弹性地基梁理论的土工格室加筋体变形分析

在土工格室处理软土路基加固机制研究的基础上,针对土工格室加筋体的受力变形特点,将格室体视为置放于Winkler地基上的连续长梁,基于传统的弹性地基梁理论,建立考虑水平摩阻力影响的土工格室加筋体的挠曲变形微分方程,并给出其幂级数解答,从而得到了土工格室加筋体在集中荷载作用下的变形计算方法,为土工格室加固处理后的软土路基沉降计算提供了依据。理论与试验结果对比分析表明,在格室体变形分析中不计水平摩阻力的影响将夸大格室体在荷载作用下的竖向变形,计入水平摩阻力影响后理论与实测曲线吻合更好。     

土工格室加筋土垫层路堤临界高度研究

土工格室能有效减少软土地基上路堤的变形,并增强其稳定性,但对于土工格室加筋土垫层路堤的临界高度还少有研究。采用极限平衡分析方法,假定地基在路堤荷载作用下呈圆弧滑动破坏模式,将格室及其内的填土视为复合体,考虑格室复合体的应力扩散作用和侧向限制作用,提出了路堤临界高度的计算模型,并将该模型值与建立的有限差分模型结果进行对比,然后讨论了格室高度、应力扩散角及格室复合体与地基接触面摩擦系数对路堤临界高度的影响规律。结果表明,理论分析和数值计算结果吻合较好;加筋路堤的临界高度明显大于未加筋路堤的临界高度,并且增加此3种影响因素的取值均能提高路堤的临界高度;同时增强格室的侧向限制作用比提高格室高度和应力扩散角更有利于路堤的稳定。     

软土地基上土工织物加筋堤的离心模型试验研究

以黄骅港防波堤工程为依托,对有、无土工织物加筋垫层及不同织物加筋条件下堤坝和软土地基的变形与稳定进行了离心模型试验对比研究。得到了地基土体的竖向与水平位移分布规律以及孔隙水压力的消散特性。研究表明：土工织物加筋垫层的加筋机理源于其对土体的侧限效果,铺设土工织物后能有效地减小地基的沉降,并能够限制浅层土体的侧向变形;为使土工织物的加筋效果能够得以充分发挥,要求织物的强度及模量要与垫层的界面强度相匹配。     

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。     

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。     

分级循环荷载下土工格室加筋路堤模型试验研究

目前对土工格室加筋路堤研究主要集中在静载条件下,动载条件下研究的比较少。为研究分级循环荷载下土工格室加筋路堤的力学性能,采用USTX-2000的动力加载装置进行加载,对土工格室加筋路堤在不同加筋层数、格室高度、格室焊距等工况下进行一系列模型试验。对分级循环荷载下路堤的竖向变形和坡面法向变形进行研究,并与固定振幅循环荷载及静载作用下的路堤进行对比分析,研究不同加载方案路堤力学性能的差异性。试验结果表明,土工格室加筋能显著提高路堤承受分级循环荷载的能力和减小竖向累积沉降量,在加筋间距一定的情况下,两层及以上加筋效果比单层加筋效果更显著,格室高度增大和格室焊距减小均可不同程度提高路堤承受分级循环荷载能力并减小竖向累积沉降量;加筋可减小路堤分级循环荷载下的坡面法向变形,格室高度增大和格室焊距减小在分级循环荷载幅值相同时均能减小坡顶和坡中处的法向累积变形;分级循环荷载作用下,当振次≥8 000或幅值≥80 kPa时,路堤竖向累积沉降量超过固定振幅循环荷载,当振次≥9 000或振幅≥90 kPa时,路堤坡顶法向累积变形超过固定振幅循环荷载;分级循环荷载作用下,路堤竖向和坡面法向累积变形均大于静载,加筋可有效减小分级循环荷载和静载作用下坡面法向累积变形差。     

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。     

防波堤土工织物加筋地基离心模型试验及数值模拟

以黄骅港北防波堤工程为依托,对土工织物加筋软粘土地基及斜坡式防波堤体系的固结过程进行了离心模型试验和有限元数值模拟,通过分析地基土体固结过程中防波堤-加筋垫层-基体系的位移场和应力场的发展及织物拉应力分布和发展,验证离心试验及数值模拟方法的合理性,并得出以下几点主要结论:(1)土工织物加筋垫层的作用机理为其抗拉性限制自身横向变形,通过与附近土体的摩擦作用限制其侧向变形;(2)加筋减小防波堤-垫层-地基体系的高应力水平区,避免堤身与地基高应力水平区域的连通,增强系统稳定性;(3)在离心试验采用的分层地基的条件下,加筋减小了浅层软基和堤身的侧向位移量,对系统总位移有抑制作用;(4)试验中织物替代材料的极限拉伸强度发挥程度较低,其与砂垫层间摩擦强度的发挥水平约为23.8％。     

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     

碎石土斜坡土体水平抗力分布规律研究

斜坡上或临近斜坡顶部设置工程结构（桩基础）时,桩身变形将导致基桩对桩侧岩土体产生水平挤压作用,如果因桩身变形过大而导致桩前坡体失稳,即桩侧岩土体抗力弱化甚至消失,则会引发工程事故,土体抗力的实际分布规律并未探明。本文统计分析碎石土斜坡场地4根桩基（深入覆盖层）的水平静载荷试验数据,来分析同一坡度碎石土场地土体水平抗力沿深度的变化、土体抗力随桩身位移的变化特点,进而获得土体在不同抵抗变形阶段（弹性、塑性阶段）土体水平抗力分布的一般规律。     

考虑基坑卸载影响的改进弹性抗力法及其应用

弹性抗力法是目前实际工程中基坑支护结构变形内力计算的一种主要方法,该方法借鉴的是计算水平荷载作用下竖直放置弹性桩的地基反力系数法,但没有考虑开挖卸载对土抗力系数和坑内土体的变形影响,因而导致变形计算值通常小于实测值。首先在开挖面施加反向自重应力模拟基坑的开挖卸荷,利用Mindlin解得到坑内土体的卸荷应力分布;在前人的实验研究基础上,推导了不同卸荷比下考虑卸荷影响的土体水平抗力系数;将支护结构的变形分解为开挖瞬时的卸载作用和基坑内外水土压力差作用2个阶段,考虑卸载应力路径对坑内土体水平抗力系数以及开挖瞬时变形的影响,对传统的弹性抗力法进行了改进,最后将该方法应用于典型三维基坑算例。研究发现,改进法得到的支护结构水平变形大于传统方法,而对内力结果影响不大;基坑平面尺寸越大,两者的变形结果差别越明显,改进法更能反映平面尺寸对基坑变形的影响     

水平低周往复位移下单桩-土相互作用试验研究

整体式桥台无伸缩缝桥梁（以下简称整体桥）桩基应设计为柔性桩,以保证较好的抗水平变形能力。但是,我国相关规范中判别柔性桩的算法主要应用于单向水平受荷桩,可否沿用至整体桥桩基还有待验证。为此,根据一种特殊设计的桩身变形测量方法,对3根埋深不同的混凝土模型桩进行了低周水平往复位移下的拟静力试验,研究单桩-土体系的抗震性能和相互作用机制。研究表明,水平往复位移下混凝土桩在埋深为3D～6D（D为桩径）范围内开裂;桩的埋深越大,桩身挠曲程度越大、变形特征点位置也越深、桩-土体系的抗弯刚度也越大、水平极限承载力也越高、抗震性能也越强。研究还表明,桩-土体系进入弹塑性阶段后,柔性桩的水平工作性状将逐渐向刚性桩退化。另外,在判别整体桥桩基的水平工作性状时,我国相关规范中的规定偏不安全。实际工程中,建议以Broms方法进行参考计算。     

基坑工程平面竖向弹性地基梁法中土的水平抗力比例系数反分析研究

提出了一种结合Ucode反分析软件和Abaqus有限元分析软件,并根据围护墙实测变形来反分析基坑工程平面竖向弹性地基梁法中土的水平抗力比例系数的方法。重点讨论了反分析的原理和实现流程,给出了反分析过程中迭代控制参数的确定方法及待估参数取值的确定方法。通过参数敏感分析可找到对围护结构变形影响较大的土层,针对起主导作用的土层m值进行反分析,既可提高迭代效率,又能保证反分析结果的准确性。实际工程反分析的结果表明,计算值与实测围护墙变形吻合得很好。在此基础上,根据多个测孔的反分析结果给出了各层土的水平抗力比例系数的建议取值。     

地应力与岩体模量关系的理论及试验研究

岩体模量（弹性模量及变形模量）是工程岩体力学特性的基础参数之一,研究地应力状态与岩体模量之间的关系具有重要意义.基于静弹性热力学模型原理,结合弹性理论,推导了水平主应力与岩体性质参数的定量关系,并对地应力与岩体模量的关系进行了探讨.在此基础上,以赣龙铁路梅花山隧道为依托,开展了围岩应力及岩体模量参数的现场测试工作,并将实测成果与理论分析进行对比.结果表明：当埋深影响较小时,花岗岩中的水平主应力与岩体模量呈线性正相关关系;当埋深相差较大时,深度对地应力及岩体模量的影响均不可忽略,水平主应力与岩体模量一般呈非线性关系,需要进一步研究;对花岗岩中的岩体弹性模量和变形模量与水平主应力之间的相关性进行对比发现,岩体变形模量与水平主应力的相关性更好.研究成果可为工程岩体力学参数取值及评价提供借鉴.     

考虑竖向摩阻力的抗滑桩嵌固段内力计算

抗滑桩变形过程中产生的竖向摩阻力可以形成反力矩,有助于抵抗滑坡推力,现对竖向摩阻力对抗滑桩嵌固段内力及变形的影响进行研究。在弹性地基系数法K法和小变形假设的基础上,假定竖向摩阻力与桩岩相对位移成正比,建立考虑竖向摩阻力的抗滑桩受力模型及其挠曲变形微分方程,并推导其求解过程。通过马家沟Ⅰ号滑坡抗滑桩实例计算,分析了竖向摩阻力对抗滑桩内力及变形计算的影响。竖向摩阻力形成的反力矩能减小抗滑桩的变形及内力,对抗滑桩剪力的影响最大,水平位移次之,对弯矩影响最小。考虑竖向摩阻力的抗滑桩计算模型能改善目前抗滑桩设计中剪力计算过大的问题,使抗滑桩设计更为合理。     

微型桩的被动锚固作用机理

在总结前人对微型桩研究成果的基础上,通过室内试验研究了微型桩支护体系的水平支挡作用,提出为了提高滑体的锚固力、降低滑体变形,可以在桩顶设置与桩刚性连接或铰接的混凝土顶梁;通过模型分析,详细论述了微型桩加固滑坡的被动锚固机理,推导了钢材强度控制下的锚固力计算公式;与锚杆(索)的锚固相比较,提出了微型桩治理滑坡时,滑面以下的锚固段在岩层中要确保6 m以上,而在土层中要确保8 m以上,此时微型桩的锚固力由钢材强度控制的锚固力C和地层所能提供的锚固力T_u中的最小值确定;通过工程实例分析,证明了微型桩治理滑坡的可行性与计算方法的可靠性。      

Seismic plastic deformation in the free-field

An analytical solution for the free-field seismic elastoplastic deformation of granular dry soil is developed. This solution is possible since the stress field solution from pseudostatic analysis is known at any acceleration level. A plastic potential function with two plastic material parameters is suggested to model the soil. This model can describe both the volume dilation and contraction of soil under shearing. Closed-form deformation solutions are derived for two special cases and the results from a numerical evaluation of the solution are compared with those measured from shaking table tests. From the deformation solution the shape of the horizontal plastic displacement distribution with depth is identical to that for the elastic deformation since both depend only on the distribution of the elastic shear modulus. Copyright © 1999 John Wiley & Sons, Ltd.     

弱胶结西域砾岩引水隧洞围岩抗力特性试验研究

弱胶结西域砾岩物质成分复杂、胶结较差,其力学性质十分不稳定,为科学反映弱胶结西域砾岩地层高压引水隧洞围岩的抗力特性,采用径向液压枕现场试验方法与基于传统承压板变形试验结果的完全弹性模型以及考虑开挖卸荷影响的弹塑性模型的理论估算方法,对弱胶结西域砾岩引水隧洞围岩的抗力特性进行综合研究。分析结果表明:(1)径向液压枕现场试验方法获得弱胶结西域砾岩围岩抗力系数为6.02~26.03MPa/cm;(2)根据承压板法等常规变形试验结果,采用完全弹性模型估算弱胶结西域砾岩围岩单位抗力系数为7.46~13.54MPa/cm,采用考虑开挖卸荷影响的弹塑性模型其估算结果为5.00~13.54MPa/cm;(3)受西域砾岩的颗粒组成特征及现场变形试验承压面积限制,根据承压板法获得的岩体变形模量,采用理论估算方法获得的围岩抗力系数较径向液压枕法试验结果偏低;(4)径向液压枕法现场试验结果反映了地应力环境、围岩材料特性、开挖卸荷影响等多因素影响下的围岩抗力特性,可为西域砾岩引水隧洞开挖及围岩衬砌提供直接可靠的围岩综合抗力系数。