基于土拱效应确定桩板墙挡土板土压力

基于土拱卸荷原理,借助土拱合理拱轴线假定,建立了桩间土拱的力学计算模型。基于桩间土拱静力平衡、跨中截面前缘土体极限平衡及拱脚受压区截面的强度等条件,提出了考虑滑坡推力作用下,桩间挡土板土压力的计算方法,并在将该方法与已有的方法进行对比分析的基础上,探讨了各参数对挡土板土压力影响的敏感性。分析结果表明,与采用传统土压力理论得到的土压力相比较,按文中方法得到的土压力明显偏小,但略大于按已有的考虑了土拱效应的挡土板土压力计算方法得到的结果;距宽比s/b、内摩擦角φ对作用于挡土板上的土压力有较大影响,黏聚力c的影响次之;挡土板上的土压力随s/b值的增大而递增,随c值、φ值的增大而递减。     

压实黄土高压力下湿陷变形特性试验研究

高压力下压实黄土的湿陷变形特性是高填方黄土工程变形控制的关键问题。为研究高压力下压实黄土物理性质对变形特性的影响规律,建立高压力下湿陷系数与物理力学指标间的多元回归方程,开展了不同压力、含水率、压实度的黄土压缩试验。研究结果表明：在高压力下,压实黄土湿陷变形特性与初始含水率、压实度密切相关,低含水率压实黄土湿陷性显著,高含水率压实黄土湿陷变形较小,低压实度黄土具有湿陷性,压实度达到90%以上不会发生湿陷;高压力下黄土孔隙比越小湿陷终止压力越大,高填方体黄土湿陷性评价应考虑饱和自重压力及上覆荷载变化引起湿陷性的变化,建立的湿陷系数回归方程相关性良好。研究成果可为黄土地区高填方工程实践理论研究提供参考。     

黄土高填方地基上部建筑施建控制标准研究∗

黄土高填方地基上部建筑的工后沉降及施建时间问题是目前研究的热点。以某黄土沟壑区新区建设中的高填方工程为背景，基于试验段工后沉降监测结果，运用 MIDAS/GTS‐NX 数值反演分析方法来获取填方土体蠕变力学参数，并针对不同偏心距及施建时间下高层和低层建筑物地基的工后沉降特征开展了系统研究。结果表明： （1）基于实测资料的分层迭代反演分析方法所得填土体参数较准确反应黄土高填方土体的实际受荷状态及上部建筑基础的工后沉降特征。（2）当低层或高层建筑偏心距 w=0 m 或 w=221 m 时，局部倾斜最小且均满足局部倾斜 f＜ 0.002 要求，建议低层建筑施建偏心距 w≥157 m，工后施建时间 t≥1.21 年；高层建筑施建偏心距 w≥155 m，工后施建时间 t≥1.5 年。通过本文的研究，可为类似“上山建城”高填方顶部建筑的施建位置及工后施建时间提供科学参考。     

合肥盾构地表沉降和土压力变化模型试验

盾构开挖穿越不同性质的土体时,地表沉降规律和土压力变化规律均会发生改变。以合肥地铁盾构施工为背景,采用合肥地区典型砂土和黏工作为试验材料进行模型试验,探究盾构开挖情况下两种土质的地表沉降和土压力变化规律。结果表明:与黏土相比,砂土对开挖扰动更加敏感。开挖后砂土的沉降和土压力变化较快,土体在更短的时间内恢复稳定,同时砂土模型中相邻沉降测点测得的沉降值相差较大,最终的沉降槽起伏明显。而黏土的沉降和土压力变化较慢,最终的沉降槽较平缓。对两种土质还均有如下试验结果:开挖阶段的沉降值占总沉降值的比例基本相同,四个阶段中土压力减小速度和沉降速度呈现相似的规律,最大沉降值出现在先开挖侧而最大沉降速度出现在后开挖侧。     

桩板式挡土墙桩间挡土板土压力计算方法研究

作为一种新型边坡支挡结构,桩板式挡土墙已被广泛应用于路堑、路堤以及滑坡等特殊支挡工程之中,但目前对作用于桩间挡土板上土压力的研究仍严重滞后于工程实践。为合理确定桩间挡土板上的土压力,借助桩板式挡土墙桩-板后土体土拱合理拱轴线的假定建立了相应的土拱计算模型,并假定拱后滑坡推力为均布荷载,基于土拱静力平衡条件及桩-板后土拱处于极限平衡状态,进而根据莫尔-库伦强度理论确定土拱竖向应力,藉此推导出考虑滑坡推力作用的桩间挡土板土压力计算公式。并将其与传统方法(卸荷拱法和拟化筒仓法)进行了对比分析,结果表明:本文方法更能反映作用于桩间挡土板上实际土压力的大小,且可考虑来自桩-板后土体传递而来滑坡推力的作用,其中传统方法仅是本文方法的一种特殊形式;桩间挡土板上的土压力随桩-板后土体粘聚力和内摩擦角增大而大致呈线性递减,并随拱后滑坡推力和桩跨比的增大而增大。研究成果可为桩板式挡土墙的合理设计提供参考。     

基于修正惯用法的埋深对圆形隧道地震反应影响∗

采用修正惯用法,在考虑土拱效应对圆形隧道结构受力状态影响的基础上,研究了埋深对地下结构地震反应的影响规律。首先,对比分析了不考虑和考虑土拱效应时、地震荷载作用前,隧道结构内力分布及随埋深的变化规律;将作用于隧道结构上的水平地震荷载等效为围岩土体变形导致的土压力的改变值;继而探讨了考虑土拱效应后,地震荷载引起的隧道结构内力的改变,研究了不同地震动强度下,埋深对圆形隧道结构地震反应的影响规律。 研究结果显示,地震作用下,圆形隧道结构的内力随着埋置深度的增加呈现出先增大后减小或趋于稳定的趋势,即圆形隧道结构地震反应存在一个抗震关键埋深。     

滑坡灾害下航油管道抗滑桩的阻滑性能分析∗

针对于土体等大位移问题所带来的模拟求解难题,分析滑坡灾害对横坡敷设的航油管道运行所带来的影响。利用SPH‐FEM耦合算法,采用不同的接触形式,建立管‐土及桩‐土相互作用全尺寸耦合模型,进行非线性分析,获取管‐土力学响应规律,并对抗滑桩阻滑性能加以分析,保证滑坡区管道本体的安全。结果表明,在文中工况下,当滑坡趋于稳定时,在滑土推力作用下,管道所产生的位移、应力最大值均出现在滑体区域内;但由于桩‐土间“土拱效应”,致其桩后滑土更易趋于稳定,同时管道也并未发生沿管轴扭转的现象;随抗滑桩数量的增多,其阻滑性能增强,但对于文中工况,设置2个抗滑桩且混凝土强度为C30的抗滑方案即可保证管道的安全运行。所得结论可为保证航油管道的安全运行提供理论支撑,并为滑坡下管道力学行为和抗滑桩阻滑性能研究提供一种可行的模拟方法。     

刚性面板加筋土挡墙室内模型试验研究

在研制的室内模型箱中,进行不同筋材配筋率和铺筋层数下加筋土挡墙模型试验,不同拉拔速度筋-土界面原位拉拔试验,分析了配筋率和铺筋层数对加筋土挡墙变形及土压力的影响及拉拔速度对筋-土界面抗剪强度的影响。结果表明,挡墙顶部沉降在筋材与面板连接处及挡墙后部较大,挡墙中间部位沉降较小。随着配筋率和铺筋层数的增加,挡墙顶部沉降和刚性面板倾角变小,面板受到的土压力减小。加筋土挡墙最优配筋率为60%~70%。拉拔速度对筋-土界面黏聚力几乎没有影响,但筋-土界面摩擦角随着拉拔速度的增加有增大趋势,从而导致筋-土界面的抗剪强度增大。     

不同截面抗滑桩的土拱效应对比研究∗

土拱效应是桩土作用理论研究的重要依据,但由于对不同截面形式抗滑桩的土拱效应作用机理研究较少,在抗滑桩设计中大多采用传统截面形式,考虑到传统矩形抗滑桩在形成土拱效应方面的不足,提出梯形截面优化抗滑桩截面形式。基于材料力学理论,利用轴向受压杆件的斜截面应力计算模型推导出梯形桩桩侧土拱拱脚受压区应力状态,并结合摩尔—库伦强度准则得出梯形桩桩侧极限承载力,通过算例对比分析梯形与矩形桩桩侧土拱极限承载力,结合数值模拟分析验证理论与计算结果。研究结果表明：梯形截面桩桩侧极限承载力相较于矩形截面有较为明显的提升,最大约为矩形桩的 2.5 倍;相同条件下梯形截面桩桩间土位移与剪应变增量更小,应力集中现象更明显,梯形截面桩对土拱效应的形成与发展更有利。     

地铁振动作用下上部正交综合管廊动力响应试验研究∗

为揭示地铁振动荷载作用下上部正交管廊的动力响应规律,采用缩尺物理模型试验的方法,利用激振电机模拟地铁列车运行时产生的振动荷载,研究地铁隧道?黄土地基?综合管廊传播路径下地铁运行振动的传播规律及管廊结构的动态响应特征。试验结果表明：地铁运行产生的振动由隧道顶部向上部土体传播的过程中表现出先骤减后缓慢减小的规律,加速度响应主要集中于隧道上部 40 cm（原型 4 m）区间,动态土压力则在隧道顶与其上部管廊垂直间距 80 cm（原型 8 m）全段均有较明显的响应。上部正交综合管廊顶、侧、底板与周围土体的动态接触压力响应明显,并且在相同振动荷载作用下表现出相对稳定的比例关系。随着地铁振动荷载的增强,上部正交管廊的结构加速度响应逐步增强,而管廊结构与周围土体的动态接触土压力增长幅度更为显著。     

循环温度作用下砂土地基能量桩的长期工作特性

为了完善能量桩的设计,采用可反映土体循环力学特性的边界面模型,基于分步耦合方法,对热力耦合作用下干砂地基中能量桩单桩的长期工作特性进行了研究,分析了温度循环对桩体位移、桩侧阻力和承载力安全储备的影响。结果表明,温度循环导致桩顶出现沉降的累积,累积沉降随静力工作荷载水平和温度循环周数的增加而增加。温度位移零点位置决定了桩-土相对位移的模式,影响了桩侧阻力的分布及发挥过程。由于土体的剪缩,桩身上部出现负摩擦,下部则存在明显的侧阻力弱化现象,其是承载力减小的主要原因。     

被动双桩侧向土压力群桩效应的三维数值研究

被动桩侧向土压力的群桩效应是研究被动桩的重要问题。运用岩土数值计算程序FLAC3D,对土体沿深度发生均匀侧移,桩基两端简化为铰接的刚性双桩基础(桩中心连线与土体位移方向平行)进行研究。土体采用摩尔-库伦本构关系,桩基采用线弹性本构关系,桩土之间建立接触面。结果表明,在土位移增加的过程中,两桩侧向土压力均小于单桩,呈近桩大、远桩小。在浅层土体,加筋效应很小,但遮拦效应明显。在深层土体内,加筋和遮拦效应都很显著,p—δ曲线形状与单桩明显不同,在经历较短直线增长后,沿曲线增长至极限土压力,达到桩侧极限土压力所需的桩土相对位移量明显增加,当桩间距增长至6 D,群桩效应基本消失。最后与室内模型试验所得到的桩侧极限土压力群桩效应系数进行了对比分析。     

软土地区型钢水泥土搅拌墙墙土相互作用试验研究

软土地区采用型钢水泥土搅拌墙(SMW工法)支护形式优势非常明显,但目前对SMW工法墙-土相互作用机理的研究不够透彻,制约了其推广与应用。为深入探索墙-土相互作用机理,针对软土地区SMW工法建立了大比尺试验模型,对各工况墙顶位移、墙侧土压力以及型钢应变进行了测试。试验结果表明:SMW工法墙顶位移速率变化随基坑挖深增加呈U型趋势,而位移呈S型发展,位移时间效应显著,挡墙存在明显的最优嵌固比;实测墙背主动土压力呈抛物线型分布,基坑墙体位移值和位移速率均影响极限土压力发展,实测极限主动土压力大小间于Rankine主动土压力和静止土压力之间,而实测极限被动土压力远小于理论值;水泥土和型钢的组合挡墙承载能力和刚度明显优于型钢,且二者变形协同性较好,建议在SMW工法支护结构设计时考虑水泥土对组合挡墙的刚度贡献。     

冲击荷载下层状饱和无粘性土动孔压发展模式研究∗

为揭示饱和无黏性土层在冲击荷载作用下动孔压发展模式及其受土层条件的影响,基于自主研制的冲击荷载加载台装置,开展了不同土层条件层状饱和土冲击试验,对动孔压发展特征及土体沉降等进行了分析。结果表明：冲击荷载作用下,无粘性饱和土体动孔压发展呈明显两阶段,即瞬态响应和稳态响应阶段,其中稳态响应阶段动孔压发展又经历缓慢下降及快速下降两过程。单层土情形下,饱和砂土在冲击荷载后动孔压发生骤增,随着粒径的增大,动孔压峰值越大,但其消散用时则随粒径的增大而减小;双层土情形下,动孔压稳态响应阶段因上下土层渗透系数变化,在其下层土动孔压下降过程产生明显变化;当含有相对弱透水夹层时,受弱透水层影响,各测点动孔压下降段几乎在同一时刻均出现明显转折平台,使其下降的速率明显变小,且该现象弱透水层以上土体较其下部土体更为显著;含夹层时,试验过程出现明显非均匀分布的“水膜”,最大厚度可达2 cm 左右。同时,每次冲击荷载下均伴随明显的土体沉降,随着冲击次数增加,土层沉降变化量逐渐减小。     

土体侧移作用下桩基侧向土压力的群桩效应∗

当前工程建设中受土体侧移作用影响的桩基问题越来越突出,桩侧土压力是桩?土相互作用研究中的重要问题,并且受群桩效应影响很大,运用岩土数值计算程序 FLAC3D ,针对粘土饱和不排水情况进行了平面应变数值模拟研究,土体采用摩尔?库伦理想弹塑性本构关系,桩基采用线弹性本构关系,桩?土之间建立接触面。研究结果表明,桩周粘结力对桩侧极限土压力有明显影响,达到桩侧极限土压力所需要的桩土相对位移随 E/Cu 的增大而减小。单排桩时,随着桩间距增大桩土荷载分担比降低,桩侧极限土压力值增大,达到极限土压力时所需要的桩土相对位移增大。双排桩时,当桩间距大约为 2D 时加筋和遮拦效应影响范围比较小,然后随桩间距增大加筋和遮拦效应影响范围增大,而排间距的增大会使遮拦和加筋作用降低,当排间距大于 6D 后遮拦和加筋效应基本消失,桩间距和排间距的增大都使达到桩侧极限土压力所需要的桩土相对位移量增大,并将计算结果与先前学者试验结果进行了对比与分析,具有较好的一致性并有所发展。     

湿陷性黄土层桩基侧摩阻力的试验研究

本文依托西安市东北二环立交工程实际,通过现场黄土层浸水试验以及桩基静载试验,研究在湿陷性黄土层中桩基侧摩阻力和桩端阻力的发挥情况、桩基负摩阻力取值问题及桩周土的沉降变化情况,并分析了其实验结果.在总结国内工程界多次试验结果的基础上,给出了湿陷性黄土层负摩阻取值的科学合理方法及应考虑的因素,并分析了影响负摩阻大小取值的因...     

动水压力和PSI对深水高墩桥梁抗震性能的影响∗

以我国西部地区某库区一深水高墩大跨连续刚构桥梁为工程背景,考虑动水压力、桩-土相互作用以及二者联合作用的影响,确定了六类不同的分析工况,利用OpenSEES源代码分析平台分别建立有限元模型,通过输入两组空间地震波进行非线性时程分析,讨论了动水压力和桩-土相互作用对深水高墩大跨桥梁动力特性和抗震性能的影响。研究结果表明,考虑动水压力和桩-土相互作用会降低高墩大跨桥梁的振动频率,且二者的影响主要体现在下部结构振型参与率较高的高阶模态;动水压力效应会增加高墩在地震作用下的动力响应,但桩-土相互作用对非线性分析结果的影响没有明显的规律;同时考虑动水压力和桩-土相互作用时,深水高墩桥梁的地震响应并不是简单的相互促进或相互抵消,而与地震动的大小、频谱特性等相关;强地震作用下桥梁结构的桩顶水平位移较大时,抗震设计中更适合采用"p—y曲线"法模拟桩-土相互作用效应。     

古土壤地层盾构施工引起的地表沉降分析

针对西安地铁上覆含有古土壤的黄土地层中盾构施工引起的地表沉降,在分析其产生机理、盾构施工数值模拟过程、基于经验公式的Peck地表沉降计算方法的基础上,探讨了基于注浆效果、支护压力以及偏心超挖的等代层厚度计算方法;具体分析了盾构施工数值模拟过程中的等代层弹性模量和掌子面支护压力比与Peck地表沉降计算公式中最大沉降量和沉降槽宽度之间的关系。研究结果表明,在含有古土壤的黄土地层中进行盾构施工数值模拟时,等代层模量的取值在5～10MPa范围之内,当等代层模量小于5 MPa时,隧道围岩将产生较大的塑性变形;掌子面支护压力比取值在0.5～1.0范围之内,当掌子面支护压力比小于0.5时,掌子面附近土体将产生较大的塑性变形,当掌子面支护压力比大于1时,地表将产生隆起变形。     

土拱效应在抗滑桩工程中的应用

抗滑桩是边坡支挡工程中常用的一种结构物,具有施工快和安全可靠等特点,是整治滑坡的主要工程措施之一。同时,在抗滑桩设计中,桩间距又是一个非常重要的指标,而以往一般是根据经验确定桩间距,这样确定的值往往偏小从而造成投资的浪费,或偏大从而造成抗滑桩作用失效。从土拱效应出发,研究了土拱效应在抗滑桩工程中的形成机理、存在条件、形状和影响因素,同时分析了基于土拱效应的抗滑桩桩间距的计算方法。最后以某实际工程为例,结合上述方法,用Matlab等数学软件求解了该实际工程基于土拱效应的抗滑桩桩间距值。     

填方边坡碎石填土配比优化研究

在我国黄土丘陵地区,每年因为高填方边坡失稳而造成的人员伤亡和财产损失数不胜数,有必要从高填方边坡的填料入手,开展高填方边坡失稳问题研究。以陕西某高填方边坡为例,将高填方边坡的碎石填料作为主要研究控制对象,取其边坡正在填筑的碎石填料,通过诸多室内试验测定物理力学参数、渗透性等,并借助FLAC 3D数值模拟计算其稳定性,先确定最优土石比,再确定在最优土石比下的优选级配。择优选择的级配相比之前的填料,力学性能更好,强度更高,隔水效果控制更明显,坡体的整体稳定性加强。从填方填料入手,能有效降低因回填材料不合理而引发的边坡失稳。