静载作用下土工格栅加筋拓宽路堤土中应力特征试验研究

为探究荷载作用下软土地基直接拼接拓宽路堤受力和变形特征,利用自行设计制造的模型试验系统,通过改变软土地基差异沉降、土工格栅加铺层数对软土地基高速公路直接拼接路堤进行一系列模型试验,研究各种工况下旧路与新拓宽路堤土中应力变化。试验结果表明,拓宽路堤在荷载作用下新旧路各断面土中竖向应力随着荷载的增大而增大,受路堤填土边坡与下伏地基侧向约束条件的影响,荷载作用下土中竖向应力在填土路堤与地基内沿深度方向呈现先减小、后增大、再减小的分布特征;软土地基拓宽路堤差异沉降对新旧路结合部位土中竖向应力影响较大,土中竖向应力随着差异沉降增大而增大;旧路范围内土中竖向应力受差异沉降的影响不大;在拓宽路堤填土的顶部和底部各布设一层土工格栅加筋层时可明显减小路堤土中竖向应力和路堤沉降：相同荷载作用下对比无加筋路堤,铺设2层土工格栅加筋路堤的顶面沉降最大可以减少62%,土工格栅加筋对软土地基拓宽路堤沉降有较好的控制作用。     

路堤荷载下浅层就地固化联合管桩复合地基桩-土应力比及沉降计算

浅层就地固化联合管桩复合地基是超软土地基加固的有效方法之一。基于复合地基荷载传递法理论,将路堤填料、固化层、基桩、桩间土和下卧层作为一个系统,建立考虑应力、沉降变形连续性的浅层就地固化联合管桩复合地基的理论计算方法,探讨浅层固化层对管桩复合地基桩-土应力比及地基沉降的影响规律。通过与浅层就地固化联合管桩复合地基现场试验结果的比较分析,并与传统管桩复合地基现场试验结果对比,验证了所建立的理论计算方法的准确性和可靠性。研究结果表明,浅层固化层的设置能够充分发挥管桩复合地基中基桩的承载性能,桩-土应力比随着浅层固化层模量的增大而呈线性增加（斜率约为1.6MPa-1）;现场工况下,桩体中性点位置随浅层固化层模量的增大而上移（介于0.12～0.45之间）;考虑到发挥固化剂材料性能及加固效果,选取水泥掺量不超过11%的固化剂较为合适。     

改扩建软土路基的变形分析与控制对策

针对典型公路的改扩建工程,通过现场原位试验对比研究了新老路基地基土体的差异性,老路基土体力学性质整体好于新路基,但这种差异主要表现在浅部一定深度范围内,且随老路堤高度增加而增大,超过这一深度范围后,新老路基土体力学性质差异不大。借助数值预测方法,分析了拓宽路基在运营期的沉降变形和可能引起的路面病害。结果表明:未经处理的软土地基会引起路基较大的工后变形,同时带动老路基产生固结沉降,影响新修路基的稳定性;而新老路基土刚度差异较大时,易导致新老路基产生过大的差异沉降。防治工程病害的关键在于提高路基的整体强度和稳定性以及新老路基的变形协调控制。     

考虑侧向变形的路堤沉降一维法计算修正系数研究

软土路基中三维固结效应以及路堤的应力重分布产生的水平推力,引起的侧向变形是不容忽视的。通过非线性有限元计算,分别给出了一般粘性土和软土的沉降修正系数式子,它们是在路堤高度及路基土体孔隙比之间直接建模的,主要适用于均质或近似均质的路基。实例计算表明：经过修正后,沉降一维计算结果基本上可考虑到土体的侧向变形,且修正后的沉降比较接近实测值,在工程上具有一定的参考价值。     

交通荷载作用下低路堤软土地基硬壳层应力扩散作用研究

为了研究硬壳层对低路堤软土地基动力响应的影响,将软土地基上的道路系统模拟成路面-路基-硬壳层-软土地基4层结构。假设路面、路基、硬壳层都为单相弹性土体,而软土地基采用饱和多孔介质模拟,通过积分变换法对模型进行推导求解,分别建立了路面、路基、硬壳层和软土地基的动力刚度矩阵,并考虑路表车辆荷载条件、层间连续条件和饱和软基表面透水条件,最终集成了道路结构的整体动力刚度矩阵,获得了车辆荷载作用下低路堤软土地基的动力响应解答。在该基础上,利用快速傅里叶逆变换方法对动力响应进行数值求解,详细分析了硬壳层厚度、模量和泊松比对动应力扩散作用的影响。研究结果表明,软土地基表面的动力响应对硬壳层厚度和模量的变化十分敏感,硬壳层的存在大大地减弱了软基顶面的竖向动应力,并且增大了竖向动应力的分布范围,可见硬壳层对交通荷载引起的动力响应有明显的扩散作用。     

新型桩板结构对高速铁路软基沉降控制作用离心试验

在CFG、PHC等刚性桩桩顶加设50 cm厚筏型钢筋混凝土形成板桩板结构控制深厚软土路基沉降,是高速铁路建设中提出的新型地基处理形式,以满足高标准铁路路基变形要求。通过对群桩处理的深厚软土路基在有无钢筋混凝土板时路基沉降的离心模拟,重点研究了钢筋混凝土板对路基沉降的控制作用以及桩、板与土体之间的相对变形。试验结果表明,在群桩处理地基上部铺设一定厚度的钢筋混凝土板,可以使路基整体沉降减小12 %,并使路基整体沉降更加均匀;桩端平面上部1/3桩长范围内土体由软塑状态转变为硬塑状态,密度和含水率变化显著;加载作用对路基变形影响深度大于40 m。     

地铁循环荷载作用下交叉隧道沉降分析

采用FLAC3D软件建立了交叉隧道的三维有限差分模型,以人工数定激励力模拟列车荷载,计算列车动荷载作用下土体的变形和应力。采用修正动偏应力长期沉降计算模型,结合分层总和法计算软土的沉降,预测交叉隧道的长期沉降规律。分析3种不同行车工况下地基长期沉降,工况1为一辆列车单独通过1#隧道,工况2为一辆列车单独通过2#隧道,工况3为两辆列车同时通过1#和2#隧道。对比不同的列车行驶速度、隧道衬砌刚度及厚度对隧道地基的长期影响。结果表明,由列车荷载引起的地基沉降主要集中在距隧道中心轴20 m范围内;在工况3下土体沉降大于工况1、2沉降之和;车速越快,沉降越小;衬砌刚度和厚度越小,沉降越大,且衬砌厚度对沉降的影响较大,衬砌刚度影响较小。     

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。     

软土地基及其路堤的变形分析

通过对地基沉降、路基本体变形的观测 ,研究分析了软土地基不同处理措施的地基沉降规律 ,并就地基沉降对改良土路堤变形的影响进行了讨论     

基于固结-固化复合技术对温州淤泥加固的试验研究

为了对软弱淤泥土进行加固,使之满足工程建设所需的一定承载力,在试验基地采用固结-固化复合技术对淤泥进行加固研究。试验时,将一定厚度淤泥分为浅层固化加固层和深层固结加固层;浅层（≤1 m）淤泥采用固化技术进行加固,使之形成高强度硬壳层;对于深层（＞1 m）淤泥,采用真空预压技术进行加固,以提高深层淤泥的承载力并控制加固土体的后期沉降量。试验结果表明,当固化剂掺量为0.6%～5.0%时,浅层固化淤泥承载力特征值在109～330 kPa;固结-固化复合技术对土体加固效果突出,分层加固土体整体的承载力特征值在89～230 kPa;浅层淤泥经过固化处理后,土体强度较高,对地表荷载起到了明显的扩散作用,有效地减小了地表荷载在下卧层土体中产生的附加应力;多数试验单元浅层固化土的应力扩散角在19.474°～26.303°之间。     

路堤下复合地基“三等沉区模型”

路堤下复合地基桩顶沉降小于桩间土沉降,桩体上部为负摩擦力,因此不能采用常规复合地基理论分析受力和变形。试验和数值分析表明,路堤下复合地基的路堤、桩身、下卧层范围内均存在一个等沉区,等沉区内同一水平面上不同点的沉降相同的区域。据此提出了“三等沉区模型”,该模型不但地基与桩体参数对复合地基的影响,而且可以考虑路堤高度、下卧层厚度、强度等参数对复合地基的影响。实测和数值模拟表明该模型是合理可行的。     

车辆荷载作用下路堤高度对高速公路软基沉降的影响分析

基于车辆荷载的特点和我国车辆普遍超载的现状,采用将车辆荷载简化为静荷载的拟静力计算方法,以4个工程实例分析了路堤高度对由车辆荷载引起的高速公路软土地基沉降的影响。研究结果表明,由车辆荷载引起的软土地基沉降量随路堤高度的降低呈指数关系增大,增加路堤的高度是减小该沉降量的有效方法。在某一路堤高度范围内,高速公路可能存在一个最佳路堤高度,低于或高于这个最佳路堤高度,由车辆荷载引起的地基沉降量都大于最佳路堤高度下的地基沉降量,这个最佳路堤高度存在与否以及其具体高度与车辆荷载大小和地基土的性质有关。     

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.

     

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。     

桩承式路堤土拱效应发挥过程研究

通过三维模型试验对桩承式路堤中土拱效应发挥过程进行了研究,重点分析了不同桩顶盖板尺寸、不同加筋方式下应力折减系数与差异沉降之间的关系。结果表明,土拱效应随变形的增加而发挥;加筋材料的设置减小了差异沉降,削弱了填土中的土拱效应,荷载向桩顶的传递是土拱效应和拉膜效应共同作用的结果。采用有限元法对桩间距、填土高度等未能在模型试验中考虑的关键因素进行了参数敏感性分析,总结了土拱效应发挥过程的相关规律。根据有限元计算结果、试验数据和文献中收集到的实测资料,提出用土拱效应发挥系数和归一化位移来描述土拱效应的发挥过程,建议二者之间采用双曲线方程模拟,从而在设计中体现土拱效应随位移的发展,并满足路堤填土、加筋材料和地基之间的变形协调要求。     

Numerical analysis of a pile–slab-supported railway embankment

This paper presents a numerical analysis of a well-monitored pile–slab-supported embankment for the Beijing–Tianjin high-speed railway in China. Cement–fly ash–gravel piles were used in this project. A coupled two-dimensional mechanical and hydraulic numerical model was used for this analysis and the results are compared with the field measurements including settlement, load distribution between soil and pile, and excess pore pressure. The numerical model calculated the settlement profile close to that measured in the field. The proportion of the load carried by the soil was small thus significantly reducing the settlement. The stress transfer from the soil to the piles reduced the excess pore pressure effectively. A parametric study was conducted to investigate the influence of three key factors on the performance of the embankment. The parametric study indicated that the existence of a cushion reduced the shear force in the slab. The increase in slab thickness and pile stiffness increased the shear force and bending moment in the slab. An increase in pile stiffness reduced the settlement and lateral displacement of the embankment.     

路堤荷载下地基的侧向变形计算分析

目前关于路基侧向变形研究,大都是基于现场测试或数值模拟,却鲜有理论上的计算与分析。为深入研究路堤荷载下地基的侧向变形,基于布辛奈斯克等弹性理论解及平面应变问题,推导出无限长线荷载、均布条形荷载、三角形分布条形荷载及梯形分布条形荷载下地基侧向变形解析表达式,并与有限元数值计算结果对比验证了解析解的正确性。在此基础上,重点分析了土体的泊松比、路堤宽度以及路堤边坡宽度等参数对地基侧向位移场的影响。计算结果表明,路堤荷载下地基同一垂直线上土体的侧向变形沿深度呈弓形状,变形最大值在地表下某深度处。泊松比对地基侧向位移有较显著的影响：在坡脚附近地表浅层处,随着泊松比的增加,土体侧向变形的方向由向路堤内逐渐转为向路堤外;另泊松比越大,土体的水平位移也相对越大,且最大位移发生位置逐渐上移。研究结果可为类似路堤工程地基变形分析及稳定性控制监测提供一定理论支撑。     

高速铁路深厚软基连续薄板梁结构测试分析

在深厚软土地基上修筑无砟轨道高速铁路低矮路基,需要重点解决好软土地基工后沉降和长期动力稳定性问题.软土地基具有高压缩性,路堤荷载作用下会产生较大的残余沉降;同时,线路运营后,地基土在高速列车长期循环动荷载作用下易产生较大的塑性变形,二者耦合将严重影响到无砟轨道的几何状态和线路运营安全.基于此,在京沪高速铁路上海虹桥深厚软土地区低矮路基中,首次采用了桩基-连续薄板梁结构型式,并进行了系统的静动态监测、测试.结果表明,该结构工后沉降控制效果良好、长期循环荷载作用下性能稳定,可以满足高速铁路铺设无砟轨道和高速列车长期平顺运行的要求.