山区拓宽公路挡土墙路基的受力与变形特征分析

采用数值计算方法,分析了山区拓宽改造公路挡土墙路基的受力与变形特征。有限元分析结果表明,山区公路填方拓宽工程中,路基顶面沉降曲线呈“勺子”形状,区别于新建公路的抛物线形沉降曲线;与一般公路路基拓宽工程不同,山区拓宽公路不仅要重视新老路基结合部位的处治,新路基与挡墙结合部位的处治也不能忽视;山区公路填方拓宽路基外侧挡墙土压力的分布基本呈抛物线形状,不同于经典土压力理论得出的三角形土压力分布形式。通过分析路基拓宽宽度、老路路堤边坡坡度、新老路基路基材料性能等因素对路基受力的影响,揭示了山区拓宽改造公路新老路基不协调变形及挡墙的受力与变形特征规律。     

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。     

山区公路拓宽中新旧路基病害机理分析及防治

在公路拓宽过程中,由于沉降、变形累积和稳定性的差异,在新旧路基之间产生差异沉降,进而会引起原有路基变形,新路基失稳,甚至出现路基拉裂和下沉坍塌病害。以某山区拓宽公路中一段病害路基为例,在调查其病害特征的基础上,分析其形成机理,提出防治方法。     

旧路拓宽全过程三维有限元分析

旧路拓宽是西部山区高等级公路建设中的重要课题。运用岩土工程专业软件包P laxis 3D Tunnel,对旧路拓宽进行了全过程的三维弹塑性有限元数值模拟,包括新路基的填筑,路面各结构层的铺筑及轮载最不利位置的施加等,重点分析了新旧路基不均匀沉降变形及应力分布的规律,比较了拓宽方式、新老路基土模量差异对路面变形和使用寿命的影响,并就实际施工提出了一些建议。     

高速公路扩建工程软基拓宽的沉降监测与分析

高速公路拓宽建设中新老路基特别是软土路基的固结沉降与力学性质的差异将引起严重的路面开裂,因而控制其差异沉降、防止拼接处路面开裂成为扩建工程软基处理中的技术关键。针对采用薄壁管桩和粉喷桩处理的软基路段,选取具有典型地质条件及较高填方的断面,通过埋设地面沉降板,对拓宽路基及新老路堤结合部进行了为期9个月的沉降动态监测。监测结果表明,拓宽路基的累计沉降及差异沉降均很小,后期沉降速率小于控制标准,为新老路基差异沉降的评价提供了依据;薄壁管桩用于处理埋深大、层厚大的拓宽软基及粉喷桩用于处理埋深浅、层厚较小的拓宽软基具有各自的适用性,拓宽后的新老路基已形成整体性强的复合地基,达到了路基拓宽的理想效果。     

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。     

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。     

石笼挡土墙的颗粒离散元细观力学模拟研究

针对在施工过程中,石笼挡土墙墙面位移的发展、墙背填土中土应力的变化的问题,从细观层面,采用基于离散单元法的颗粒流程序,通过多组试件的模拟压缩试验,确定了填土、填石、石笼等材料合理的力学参数值,以工程中的实体石笼挡土墙为原型,建立了墙背阶梯式石笼挡土墙数值模拟模型。通过在填土表面施加均布荷载,研究了挡土墙的力学行为。模拟结果显示：填土中的水平应力随深度的增加对均布荷载的敏感性降低,填土深度越浅,应力值越早得到增加,增加幅度越大,这主要是由于石笼挡土墙上部发生了较大的位移,均布荷载的作用大部分消耗在上层填土中,仅有小部分能量传递到较深填土;石笼挡土墙变形主要发生在填土阶段,应加强石笼挡土墙填土阶段的施工管理;无论是在填土阶段,还是均布荷载作用阶段,石笼挡土墙墙面的位移值均是中上部较大,下部较小。由此可推断,墙背阶梯式石笼挡土墙的破坏形式为倾覆式。     

格宾网加筋红层软岩土石混填路堤力学行为的现场测试与数值模拟

为掌握格宾网加筋红层软岩土石混填路堤的力学行为,通过加筋路堤现场测试研究路堤土压力、路堤内部潜在破裂面、格宾网筋材和石笼墙面变形等力学行为,并结合FLAC~(3D)数值模拟,分析格宾网加筋间距、加筋长度、地基土的压缩模量、强度指标及路堤填料压实度变化对其力学性状的影响。现场测试表明:格宾网拉应变沿路堤横断面非均匀分布,路堤内部潜在破裂面近似"改进双线段简化破裂面";石笼面墙在墙背平面内类似梁弯曲变形,在墙背平面外以向外鼓胀变形为主;墙后同一标高处填土竖直土压力呈非均匀分布;墙背实测水平土压力与墙高呈非线性关系,路堤填筑高度大于7.5 m时,墙背水平土压力接近朗肯主动土压力值。数值模拟表明:加筋间距及长度变化对路堤侧移的影响明显大于对沉降的影响,格宾网竖向加筋间距宜为0.5~1.0 m,水平加筋长度宜为0.7H~1.0H;地基土压缩模量改变对路堤沉降有较大影响,为控制路堤不均匀沉降,地基土压缩模量宜大于5 MPa;为控制墙面侧移增长速度,地基土黏聚力不小于15 kPa;红层软岩土石混填路堤填料压实度宜控制在93%以上。     

高液限粘土路基填土工程性质探讨

文中通过级配分析、击实试验,分析了高液限粘土路基填土的物理力学特性和压实特性。认为现行以压实度为指标的压实控制标准不完备,是引起公路病害的主要原因之一。建议引入空气体积率作为粘土路基压实程度的评判标准,并提高现有压实度控制标准中路堤的压实度。     

不同软基处理方式下高速公路加宽工程变形特性分析

交通量的迅速增长使越来越多早期建成的高速公路需要拓宽改建,而如何根据老路的地基处理方法合理选择新路基下软基的处理方法成为主要技术难题之一。以实体工程为依托,采用有限元方法分析了新老路软基采用不同处理方法对加宽工程道路变形的影响。结果表明,新路基采用塑料排水板对施工期老路扰动很大,而采用复合地基可有效降低工后沉降和施工期老路变形。同时,地基内水平位移分布为采用应力隔离墙降低新路荷载对老路的影响提供了理论依据,隔离墙深度可根据水平位移集中区的埋深确定。此外,当新路采用复合地基时,施工期老路沉降变形受老路固结状况的影响较小。     

强夯法控制高填方变形的离心模型试验

文章通过四个模型的离心模拟试验,对某机场强夯加固后的高填方地基土的变形沉降问题进行了模拟研究,并结合现场试验对该机场高填方地基强夯处理效果进行了综合评价。试验结果表明,由于填方土高度过大,未经强夯法处理的高填方地基的最终沉降量满足不了工程设计要求;而经过强夯处理的地基,填方土体瞬时沉降和固结沉降在施工后都能迅速完成,变形和沉降可得到控制,这说明强夯法可用于控制丘陵山区高填方地基的不均匀沉降。     

泡沫混凝土拓宽路基的差异沉降研究

在分析泡沫混凝土用于高速公路路基拓宽模式的基础上,建立了泡沫混凝土拓宽路基的附加应力计算模型;推导了新老路基差异沉降计算公式,并结合绍(兴)诸(暨)高速上三段拓宽工程的建设,分析了泡沫混凝土拓宽路基的地基附加应力分布规律和沉降特性以及拓宽参数对新老路基不均匀沉降的影响.研究表明,随拓宽宽度增加,老路受影响范围越大,不均匀沉降增大,最大差异沉降率非线性增大;零征地拓宽时,拓宽对老路沉降基本没有影响;随开挖宽度增加,泡沫混凝土的“应力置换”效果增强,路基的不均匀沉降减小,最大差异沉降率减小.     

拓宽方式对软土路基工程特性影响的离心模型试验

如何保持新旧路基间的变形协调是拓宽工程中普遍关注的问题,目前尚缺乏对于拓宽方式对软土路基工程特性影响的直接对比分析。本文开展离心模型试验,采用普通填料或气泡轻质土进行放坡或挡墙拓宽,分析了新旧路基变形、地基土中孔压和土压力在路基拓宽后的变化规律。试验结果表明,气泡轻质土显著减小拓宽过程中产生的孔隙水压力增量和附加应力增量。相较于边坡拓宽,挡墙拓宽方式对地基影响更小。轻质土路堤采用挡墙拓宽方式引起的挡墙倾角和墙背土压力均较小。采用Boussinesq公式计算得到的拓宽路堤引起的地基中附加应力分布与实测值基本吻合,且偏于保守。本文的研究成果对指导路基拓宽工程具有借鉴意义。     

加筋土挡墙静动力学特性大模型试验研究

为了研究加筋土挡墙在交通荷载作用下的受力变形特性,分别设计了在静载和动载作用下的加筋土挡墙大模型试验,分析了加筋土挡墙的竖向土压力、挡墙面板变形、加载板沉降以及动力加速度等参数的分布规律。试验结果表明：静、动荷载作用下加筋土挡墙受振源荷载的水平影响范围约为0.16H～0.54H（H为墙高）,挡墙土压力均呈现水平方向上由振源中心向两侧减小的趋势;同时静动荷载下挡墙面板水平位移的主要影响范围为墙顶往下约为0.55H;加载前期加筋土挡墙内部结构是一个逐渐压密的过程,动荷载作用下加载板沉降量在整个逐级荷载值变化临界处随荷载值的增大呈斜坡“阶梯”式发展;筋土结构对加速度响应有着显著的消散作用,且随着离荷载作用点距离的增大而减小。     

桩承式加筋路堤三维土拱效应试验研究

桩承式加筋路堤受力性状比较复杂,土拱效应对路堤的承载变形性状具有重要影响。通过三维土拱效应模型试验,研究桩-土相对位移、路堤高度、桩帽净间距和水平加筋体拉伸强度等因素对桩土应力比及路堤沉降的影响。结果表明：土拱效应发挥程度与桩-土相对位移密切相关,存在一个临界桩-土相对位移使得桩土应力比达到最大值,该临界桩-土相对位移约为6～8 mm。路堤高度与桩帽净间距之比越大,桩土应力比越大,路堤顶面差异沉降越小;桩帽宽度与桩帽净间距之比越大,桩土应力比越大,路堤顶面差异沉降越小。设置水平加筋体能有效提高桩土应力比并减小路堤顶面沉降;路堤越低,水平加筋体对桩土应力比的提高作用及对路面沉降的减小作用越明显;水平加筋体拉伸强度越高,这种作用越明显。桩承式加筋路堤三维土拱效应等沉面高度与桩帽净间距之比约为3.5。     

Study on Deformation Characteristics of Deep Foundation Excavation in Soft-Soil and the Response of Different Retaining Configurations

In recent years, many researchers have considered the mechanical characteristics of deep foundation excavation in soft-soil. The analysis of these deep excavations requires consideration of an uncertain, nonlinear, dynamic and complicated system, and involves consideration of soil strength, stability, deformation, fluid flow and interaction of soil and different retaining configurations. It is difficult to describe such a nonlinear system using traditional analysis. Therefore, in order to accurately describe the mechanical behavior of a representative deep excavation of the subway station, in this case, 3-Dimensional geotechnical numerical analysis method using FLAC3D software was applied. Using this tool, a study considering earth pressure, soil deformation and settlement was carried out. Furthermore, the response of different retaining configurations was deeply investigated. Triaxial cement mixing piles were considered as a way to optimize deformation of the deep excavation and reduce settlement of the ground surface and the railway embankment. The analysis indicated that the deeper the foundation excavation was, the larger the surface settlement and the smaller the earth pressure. The analysis also considered the mechanical effect of varying the wall thickness and the wall depth on the structure‘s deformation characteristics. The simulations indicated that a wall thickness of less than 1.4 m effectively reduced wall horizontal displacement, ground surface settlement and uneven settlement of railway embankment. While a variable wall embedded depth that was less than 52 m also changed the settlement of the excavation deformation and the ground surface. Therefore, the numerical results can agree with the practical project to imply that numerical method in the paper is applicable and reliable, which provides a new thought to research on deep excavation in soft-soil.     

Laboratory model tests about the sand embankment supported by piles with a cap beam

Piled embankment is widely used in soft soil areas. Most researches focused on effects of embankment height-net pile spacing ratios and equal settlement plane; there are limited publications paying attention to the shape of slip surfaces occurring in the embankment. In some extreme conditions, such as the ground being quite soft or embankment height needed to be restricted, to reduce the differential settlement and lateral displacement, piles are usually installed in several rows and cap beams or isolated caps are placed on the heads of piles. In this paper, five laboratory tests were carried out to investigate the effect of embankment height on the slip surfaces and stress exerted on the subsoil. Based on the observation of the slip surface’s shape within the embankment fill, a new calculation model is proposed to predict the stress exerted on the subsoil. In comparison with the experimental results, the accuracy of this new method is verified. From the perspective of reducing the differential settlement and cost savings, the embankment height is about four times net pile spacing according to this calculation model, since continuing to increase the embankment will not make an obvious difference to the reduction of soil stress exerted on the subsoil.     

高速公路拓宽工程地基处理效果的数值分析

以既建高速公路地质资料为背景,通过通用的有限元程序,对高速公路拓宽工程中新、老路基采用不同处理方法的效果进行了数值模拟。结果表明：新路堤的堆载会引起老路基一定程度上的瞬时变形,新路基采用复合地基法处理能较好地解决不均匀沉降问题,且新路基施工前老路基的固结度对复合地基法的处理效果影响较小。