土工织物与塑料排水板联合处理软基的效果分析

基于平面应变条件下的Biot固结理论,采用非线性有限元方法对土工织物加筋与塑料板排水联合使用处理软土路基的效果和机制进行了探讨。对比计算表明：在相同固结时间内加设排水板后路堤的竖向沉降大于无排水板情况下的相应值,路堤坡趾处的隆起变小,路堤的侧向位移也变小。塑料排水板极大地缩短了孔压的消散时间,加快了软土的固结进程,使软土地基的承载力得到较快的提高,从而提高了路堤的稳定性。加设排水板后筋材所分担的抗拉力也比无排水板情况下的抗拉力低。为了更好地发挥土工织物的加固效果,土工织物应尽量布置在高应力区域。加设排水板可以缩短路堤各固结阶段的静置时间而达到优化设计。     

土工织物加固软土路基的机理分析

采用非线性有限元方法对土工织物加固软土路基的效果和机理进行了探讨。对比计算表明，土工织物对软土路基的加固有明显的效果，可使路堤的安全性提高20％以上，使侧向位移减小15％～25％；土工织物对竖向沉降影响的大小则取决于路堤的宽度及土性参数；固结阶段的侧向位移会由于竖向沉降的大幅度发展而发生回缩，工程中需要采用较精密的仪器来探测这种回缩现象；仅铺设土工织物对路基体内孔隙水压力的发展影响不大，若要加快孔压的消散，可与塑料排水板联合使用；为了更好地发挥土工织物的加固效果，土工织物应尽量布置在高应力区域。分析后认为，传统的极限平衡分析方法很难合理地反映土工织物与土之间的变形协调关系，也较难正确地反映土工织物的受力状态及作用机理。     

不同方式处理后软土地基侧向变形规律

高速公路建设期侧向位移的控制是评价路基变形的重要依据。依据四川省遂－资（遂宁至资阳）高速公路软基沉降变形观测的数据,通过对现场监测资料的分析,分别探讨西南地区软土路基经塑料排水板（PVD）、碎石桩处理后,路基侧向变形y与深度z,最大侧向变形增量△ym与地表沉降增量△SD,平均侧向变形量Sy与地表沉降量Sf的变化规律。 研究表明,（1）根据Boussinesq解答和实测数据得到路堤荷载作用面积下变形y随着深度z大致呈“S”形变化,近地表变化剧烈,随荷载增加最大侧向位移深度基本保持不变,土体最大侧向变形深度与路堤填筑高度无关,与土性有关;（2）经PVD处理后的软基在填筑期、预压期均有大量侧向位移发生,各占总位移量的50%,最大侧向位移深度在距离地表1.0～1.5 m处;（3）经碎石桩处理后软基侧向位移在填筑期已完成总位移量的75%～80%,总位移量明显小于PVD处理后软基侧向位移量,最大侧向位移深度在距离地表2.5～3.5 m处;（4）PVD处理软基在固结阶段△ym/△SD、Sy/Sf分别为0.15～0.30和0.10～0.20,大于填筑前期2～4倍,而碎石桩处理软基固结阶段△ym/△SD、Sy/Sf分别为0.10～0.15和0.03～0.05,各个阶段变化相当。     

加筋路堤竖向沉降的非线性有限元分析

采用非线性有限元方法,对土工织物能否减少软弱路基的竖向沉降量进行了探讨。对比计算表明:当路堤宽度较小时,土工织物的加筋作用使路堤体内的竖向位移速度场减小,从而可使竖向沉降量减少12%~16%,并可使路堤的稳定性提高达20%;当构筑物宽度较大时,土工织物对构筑物体内竖向沉降量的影响不大,即土工织物的加筋作用存在尺寸效应。因此,工程实际中应根据具体情况判断是否选用土工织物来改善构筑物的竖向沉降。分析表明:传统的极限平衡法来考察土工织物加固软土工程的稳定性时,由于存在诸多假定而导致该方法不能很好的反映土工织物与土之间的变形协调关系。故应发展非线性有限元方法来模拟土工织物与土之间的相互作用关系。     

荷载作用下黏性土坡位移场应变场分析

通过室内土坡模型试验,研究了在荷载作用下黏性土坡竖向位移随深度的变化规律、土坡大主应变与最大剪应变分布、土坡的蠕变特性及裂缝作用机制。结果表明,随着荷载的逐渐增大,土坡微结构蠕变不断增加,土体的蠕变过程实质上是土体损伤过程,是土坡微结构能量耗散的过程。土坡的蠕变和损伤积累随着加荷时间延续而增大,损伤各向异性更加明显。坡顶和斜坡面处的损伤程度较大,在坡顶和斜坡面出现裂缝,坡顶的竖向位移大于侧向位移,相反坡底处侧向位移大于竖向位移。     

小型土石坝加密抗液化离心机振动台试验研究

地震作用下土石坝液化易导致坝坡失稳滑移等严重后果,加密法是常用的抗液化手段之一。针对坝趾压重与坝壳翻压两种坝身加密加固方法,开展了离心机振动台试验,分析了不同加密型抗液化处理的小型土石坝坝坡地震响应规律。试验结果表明,由于高水头作用下坝坡底部土体软化,未处理坝坡加速度放大系数沿高程先减小后增大,而加密坝坡加速度放大系数沿高程逐渐增大,且坝坡表面处加速度存在表面放大现象。坝趾压重和坝壳翻压提高了坝身有效应力,降低地震产生的超静孔压比,有效防止土体液化。未处理坝坡在峰值加速度为0.24g地震作用下即发生坝趾液化现象,而加密坝坡在峰值加速度为0.24g和0.45g下均未发生液化。未处理坝坡整体侧向位移大,加密处理后,在峰值加速度为0.24g下坝坡整体表现为竖向位移。坝趾压重区坝趾水平位移明显减小,坝壳翻压区坡顶沉降减小了50%。试验结果验证了坝趾压重和坝壳翻压的抗液化效果,为小型土石坝抗震加固设计提供了参考。     

考虑非饱和路基性能劣化的路表振动响应研究

为了给应用落锤式弯沉仪（falling weight deflectometer,简称FWD）准确识别路基性能劣化提供理论基础,建立了考虑路基非饱和特性的弹性层状路面在FWD荷载作用下的振动响应计算模型。通过Laplace-Hankel变换对模型的动力控制方程进行了推导求解,建立了路面和非饱和路基的动力刚度矩阵。并由层间连续性条件合成了公路结构的整体动力刚度矩阵,结合边界条件得出了FWD荷载作用下整个公路结构在变换域内的振动响应解。利用Laplace-Hankel逆变换对振动响应进行了空间-时间域内的数值求解,分析了FWD荷载频率和路基饱和度对振动响应的影响以及路基性能劣化与路表振动信号的关联性。研究结果表明：路表竖向动位移主要受FWD荷载低频成分的影响且随饱和度的增大而增大;相比较路表振动速度和路基表面竖向动应力,路表竖向动位移受路基性能劣化的影响更敏感,且在距荷载中心1.2 m位置处的路表竖向动位移变化率达到最大。研究结果可为路基性能劣化的反馈指标与位置选择提供科学依据。     

路基拓宽工程的基本特性分析

基于非线性有限元方法, 对路基拓宽工程的基本特性进行探讨。对比分析表明: 拓宽部分竖向沉降与侧向位移的数值明显大于旧路基的相应值,且侧向位移在新旧路基结合处取得最大值,这必然导致新旧路基结合处容易出现拉应力区,从而形成常见的纵向裂缝。对于指定的拓宽宽度来说,在路基两侧进行拓宽比仅在某一单侧拓宽更容易减小新旧路基的沉降差,工程实际中应尽量在旧路基两侧同时进行拓宽。路面竖向沉降的峰值随着土体变形模量的增大而减小,随着土体重度的增大而增大。路基的稳定性随着土体黏聚力或内摩擦角的增大而增大,随着填土重度及车辆等效均布荷载的增大而减小。工程实际中应尽量选用重度小、变形模量大且强度高的土体作为路基拓宽部分的填料。     

河西走廊地区路基阴阳坡效应及合理高度分析

河西走廊是丝绸之路的咽喉,区域内季节冻土路基的稳定性对亚欧大陆运输通道有重要影响。以张掖地区季节冻土路基为例,基于传热学及弹塑性变形理论探讨了路基在阴阳坡效应下的地温和变形分布;通过比较路基最大冻结深度到地下水位的距离与毛细水最大上升高度,得到河西走廊地区路基合理高度的确定方法及拟合公式,来表示其与地下水位以及年平均气温的相互关系。结果表明：张掖地区路基阴阳坡效应明显,阴坡冻结时间比阳坡长2个月;1月阴阳坡的温差最大,达到3℃;2月,路基的竖向最大位移达到26 mm,横向位移差达到6 mm;路基合理高度随年平均气温的升高而逐渐降低,随地下水位的增加而逐渐变大,其随年平均气温的变化幅度小于地下水。该研究可定性分析路基合理高度与年平均气温、地下水位的关系,为河西走廊地区定量计算路基高度提供理论参考。     

地震作用下有砟轨道路基动力响应规律振动台试验

以京沪高铁CRH380BL高速动车组为原型,根据相似定律设计完成了1:10比尺的铁路有砟轨道路基振动台模型试验,研究分析了路基的加速度、土压力和位移响应规律。模型尺寸为9.6 m×3.5 m×1.0 m(长×宽×高),包括列车、有砟轨道和路基部分。试验结果证明:随高程增加,水平加速度峰值放大系数逐渐增大,基本上稳定在1.0～2.5,竖向加速度峰值放大系数则呈现先增加后减小的规律,基本稳定在1.5以内。随着输入地震动强度的增大,水平加速度峰值放大系数与高程成正比例关系,非线性关系逐渐增强,竖向加速度峰值放大系数最大值位于距离底部H/3处向2H/3处转移(H为路基高度),在输入峰位加速度(PGA)为0.3g时,水平、竖向加速度峰值放大性均达到最强;随着输入地震动强度的增大,填料中峰值土压力强度逐渐增大,在输入波PGA为0.4g时,土压力强度达到最大,路基中心截面土压力强度随高程增加有先增加后减小的趋势,最大土压力逐渐由距离路基底部H/3向2H/3位置转移;在输入地震波PGA为0.05g时,路基表面、路基底部的土压力强度沿着路基体水平方向呈线性分布,前者离路基越远、土压力越大,后者则是基本不变。在输入地震波PGA为0.15g、0.30g、0.40g时,土压力强度在道砟边缘处最小,在路基中心下土压力强度其次,整体沿着路基体水平方向呈三角形分布;路基坡面中部和顶部的水平位移逐渐增大,前者小于后者,呈近似线性分布,且两者差值逐渐减小。在路基顶部位置,坡面上的位移与路基中心线顶部的位移差值随着输入地震动强度的增大,两者差值逐渐增大,最后区域稳定;地震波在路堤底部时主频集中在5～15 Hz,随着高程增加,路基对30～40 Hz频段有强烈的放大效应,在其余频段的影响不明显。     

基于倾斜软弱地基的填方工程特性分析

基于有限元方法,以水平软弱地基为参考,对比分析了倾斜软弱地基上路堤分阶段填筑过程中的水平位移、竖向沉降、稳定性等参量的变化规律。分析表明：当地基倾斜时,水平位移沿倾斜面向下发展,并在下坡脚处取得最大值,这明显不同于地基水平情况下水平位移基本按中心轴对称分布的规律。倾斜软弱地基的破坏模式为沿地基倾斜方向向下滑裂破坏,其稳定性明显低于水平软弱地基。计算还表明,抗滑桩使地基体内水平位移增量大大减小,抗滑桩后方的水平位移增量急剧降低。抗滑桩约束了倾斜地基体内水平位移的发展,阻碍了路堤沿地基倾斜方向向下滑裂破坏的趋势,提高了路堤的稳定性,是一种加固倾斜软弱地基的有效方法。     

软土地基路堤施工控制的离心模拟试验研究

软土路基上快速填筑路堤时的稳定控制是非常重要的。为此在现行规范中,采用了一些位移或位移速率的控制标准。但实践表明,采用现行的标准仍然出现一些地基失稳的事例,说明这些标准需要进一步求证和改进。除了继续收集、分析失效事例之外,通过离心模型试验也可以进一步理解堤基失稳的机制。离心模型试验结果表明：路堤快速填筑使得地基破坏时,地基变形略呈马鞍形,坡肩处沉降比道中处沉降略大,坡脚水平位移增加较快;破坏时的位移速率与现有规范建议的控制标准基本符合,但地基内的孔隙水压力是在地基进入破坏状态并发生较大变形之后才有突然增加的趋势;此外,坡脚水平位移和道中沉降的速率比,可能是一个较好的稳定性控制的指标。     

Centrifuge study on behavior of rigid pile composite foundation under embankment in soft soil

The rigid pile composite foundation is widely used in highway projects in soft soil area as it can effectively increase the bearing capacity and stability of the foundation. While the research on the behavior and failure mode of rigid pile composite foundation under embankment is not enough, instability failure of rigid pile composite foundation often occurs in practical projects. This paper presents a centrifuge model test to investigate the load transfer mechanism, settlement characteristic and failure mode of rigid pile composite foundation under embankment. The test results show that: the soil displacement of different region in rigid pile composite foundation was different, obvious vertical displacement occurred in the soil under the center of embankment and the horizontal displacement was very small in this region; both vertical and horizontal displacement occurred in the soil under the shoulder of embankment; and obvious horizontal displacement occurred in the soil under the slope toe of embankment; moreover, ground heave also occurred near the slope toe of embankment. The soil displacement in rigid pile composite foundation had a large influence on the stress characteristic and failure mode of rigid piles, the compressive failure and bending failure would probably occur for the piles under the center and shoulder of the embankment, respectively, and the tension-bending failure would probably occur for the piles under the slope toe of embankment. The different failure modes of piles at different regions should be considered in the design of rigid pile composite foundation under embankment. The test results can be used to improve the design method for rigid pile composite foundation under embankment in practical projects.

     

土工格栅路堤加筋效果的影响因素分析

土工格栅作为一种新型的土工合成材料,由于具有高强度、低延伸率等特点而被选作主要的路堤加筋材料,在路堤中适当位置加入土工格栅能有效地减少路堤的沉降和侧向变形。本文采用通用非线性有限元程序ABAQUS分析了加筋前后的路堤底部的竖向位移、堤址点垂线下地基深度的水平位移和地表的水平位移,计算中采用D rucker-Prager模型和C lay p las-tic ity模型模拟土体的非线性,土工格栅采用一维杆单元来模拟。通过对加筋层数、筋材模量、软基模量、填土高度和软土层厚度等影响加筋效果的因素进行对比分析,从计算结果分析可知,路堤加筋虽然对软土地基的竖向位移影响不大,但加筋能有效抑制侧向位移的发展,这样增大了路堤边坡的稳定性,分析结果与大多数实际工程的实测资料相吻合。     

天然软土地基路堤临界高度一种计算方法研究

考虑地表硬壳层应力扩散作用、硬壳层的抗剪强度、中间主应力 对地基承载力的影响,从实际情况下土的静止侧压力系数出发,依据极坐标表示的弗拉曼公式和统一强度理论,推导出天然软土地基临塑与临界荷载公式,提出天然软土地基上路堤临界高度的一种计算方法。结合算例,探讨了软土层和硬壳层静止侧压力系数 、中间主剪应力系数 取不同值对路堤临界高度 的影响。结果表明： 与 的改变对路堤临界高度 影响很大,新的理论公式更能反应软土地基承载力的实质,对覆有硬壳层的软土地基上路堤的修筑具有一定的指导意义。     

软基路堤施工稳定性控制标准研究

软基上快速填筑路堤时的稳定控制十分重要。现行规范中采用了位移与位移速率作为控制标准,而实践证明,采用现行标准仍出现一些失稳事例,说明这些标准存在一定局限性,需加以改进。提出了临界状态线的概念,该临界状态线系基于多个工程观测的成果与离心模型试验所得数据,分别以道中沉降速率与坡脚水平位移速率作为坐标轴所得到的一条分界线。临界状态线将路堤的状态划分为稳定区域和非稳定区域,因而是个合适的控制指标。综合采用常用的道中沉降速率、坡脚水平位移速率2个指标以及附加的临界状态线指标,提出了改进的施工稳定控制标准,它比只考虑道中沉降和坡脚水平位移速率,更加符合路堤失稳机制。     

深层搅拌桩施工挤土效应分析

深层搅拌桩作为软土地基处理的一种新方法,正越来越多地被应用到基础工程中去。实践证明,深层搅拌桩也存在挤土效应。结合工程实例,对相关的墙体侧向位移和管道沉降的监测数据进行了分析,总结出了搅拌桩挤土效应的特点及其在不同的施工工艺所表现出来的规律,并分析了可能导致这些规律的原因。用Sagaseta的源-汇理论得到的位移计算公式对这些规律进行了研究。     

FE analysis of grid reinforced embankment system on soft Bangkok clay

The behavior of a reinforced embankment on soft Bangkok clay has been analyzed by plane strain finite element method. The finite element analysis considers the selection of proper soil/reinforcement properties according to the relative displacement pattern of upper and lower interface elements. The large deformation phenomenon is simulated by updating the node coordinates, including those of the embankment elements above the current construction level, which ensures that the applied fill thickness simulates the actual field value. A full scale test reinforced embankment with a vertical face (wall) on Bangkok clay has been analyzed by the proposed finite element method, and the numerical results are compared with the field data. The response of a reinforced embankment on soft ground is principally controlled by the interaction between the reinforced soil mass and soft ground and the interaction between the grid reinforcement and the backfill soil. The tension in reinforcement and lateral displacement of the wall face varied during consolidation of foundation soil. The maximum tension force occurred in the reinforcement layer placed at the base of reinforced mass, due to bending of the reinforced mass resulting from differential settlements. It is considered necessary to account for the permeability variation of the soft ground foundation in the finite element analysis.