列车动荷载作用下桩网结构路基土拱效应分析

目前对桩网结构路基的研究多是基于静力作用进行的。本文采用ABAQUS有限元分析软件,计算分析了列车动荷载作用对桩网结构路基土拱效应的影响。结果表明:动荷载对土拱效应的影响与路基高度、土工格栅和桩间土性质密切相关;当路基内部形成完整土拱时,动荷载对土拱效应基本无影响,但会引起低矮路基中的非完整土拱发生失稳、退化;土工格栅的存在可以减小动荷载对土拱效应的影响;桩间土较软时,动荷载对土拱效应的影响更为明显。     

桩网支承路基结构中土拱效应及网垫受力的模型试验研究

基于相似理论,对桩网支承路基中心土拱效应进行8组模拟试验。测试桩顶轴力、桩土及路基不同高度处应力、格栅拉力和桩间土沉降随路基高度、外荷载变化特性,探讨格栅受力后变形。结果表明:加筋网垫上方竖向应力与以球形拱理论为基础的德国规范计算结果较为接近;加筋网垫下方桩间土承担竖向应力随路基高度、上覆荷载增加而增加;黏性土路基成拱效率略低于砂土路基;对于两层格栅组成的加筋网垫,下层格栅承担土拱效应竖向应力引起拉力大于上层格栅,位于桩帽之间并垂直于桩帽边格栅拉力大于平行于桩帽边格栅拉力;格栅初始松紧状态对土拱成拱效率有一定影响;格栅受力后平面变形形状近似呈悬索状。研究成果可为我国桩网支承路基结构加筋网垫相关规范提供参考。     

静动荷载下桩网结构路基土工格栅承载特性试验研究北大核心

以京沪高速铁路徐沪段路基为研究对象,通过室内大比例模型试验,研究了静动荷载作用下桩网结构路基土拱效应与土工格栅承载性能的变化规律,分析10万次动荷载作用后土工格栅的承载特性。结果表明:在路基填筑初期未形成稳态土拱前土工格栅应变增长较快,当形成稳态土拱后土工格栅应变增长趋于稳定,且桩帽边缘处土工格栅应变增长最快,土工格栅使得桩顶上方多承担了7.6%的荷载;10万次动荷载作用下,土拱效应依然有效,但是会产生一定程度的弱化,土工格栅减小了动荷载对土拱效应的削弱作用;相比静载动荷载作用下土工格栅应变增长迅速,最大增长了约19%;动荷载作用后土工格栅会产生拉力退化与软化现象。     

动载作用下桩网结构低路基双层土工格栅力学特性

研究目的:为研究列车动载作用下的土工格栅-桩间土-桩相互作用机理,建立桩网结构低路基加筋垫层双层土工格栅动力分析有限元模型,分析列车动载作用下的土工格栅的受力及变形规律。研究结论:(1)路基结构加筋垫层中,沿线路纵向方向的双层土工格栅其下层格栅拉力较大,列车荷载作用下,下层土工格栅的拉力增量较大;(2)上层土工格栅的竖向位移较大;沿路基横断面方向,上层土工格栅拉力较大,路基中心到坡脚的上、下双层土工格栅拉力的差逐渐减小;(3)列车荷载下的下层土工格栅拉力增量较大;(4)双层土工格栅能够减小其竖向位移和动荷载后格栅拉力的增量,进而减小沿线路纵向和沿路基横断面方向上的不均匀沉降,且较单层土工格栅更易发挥格栅的张力膜效应;(5)本研究可为铁路路基结构土工格栅工作机理分析提供思路和方法。     

静动荷载下桩网结构路基土拱效应细观分析

研究目的:为研究列车荷载下桩网结构路基中土拱效应的形成机理和受力特性,本文通过建立桩网结构路基简化离散元模型,利用PFC~(3D)软件对土拱效应机理进行细观研究,分析颗粒间的接触力链、颗粒的横向及竖向位移以及路基中的颗粒应力竖向分布。研究结论:(1)动荷载作用后,桩间土应力增加,土拱效应被削弱;(2)动荷载作用下,路基中会形成动力土拱,大部分动力会沿动力拱传递至桩顶上方;(3)等沉面的形成与位移拱有关,位移拱范围内桩顶上方颗粒挤入桩间土区域,从而导致位移拱范围外桩顶颗粒竖向位移增大,而桩间土颗粒竖向位移减小;(4)路基中设置土工格栅会降低土拱高度,削弱应力拱内多个虚拟土拱的作用,但比土拱更能提高桩土应力比;(5)本研究结果可为铁路路基结构工作机理分析提供思路和方法。     

桩网支承路基受力及加筋网垫变形现场试验研究

以武广客运专线DK2 059+560为试验工点,进行桩网支承路基的现场填筑试验,研究路基应力传递及格栅变形特性.研究结果表明:桩网支承路基结构的沉降量较小,是1种有效处理软土和松软土地基的方法;在垫层上方路基存在明显的土拱效应,本工点的土拱高度在1.6～1.9 m之间;桩间土存在一定反力;桩间土和桩帽应力分布不均匀,桩间土4桩形心处应力比2桩中点处略小,桩帽形心处应力相对角点处应力略小;桩帽附近垂直于桩帽边的格栅肋条应变略大,4桩形心附近格栅的应变略小,下层格栅的应变大于上层;边坡处格栅的应变大于路基中心处,上层格栅防止边坡滑动的作用更大.与英国、北欧、日本及德国规范的计算结果比较,试验工点的桩间土竖向应力和承担荷载比例实测结果与德国规范球形拱理论计算结果较为接近.     

桩网结构路基土拱效应离散元研究

建立桩网结构路基的离散元模型,从散粒体和微观角度研究了桩网结构路基中的土拱效应。结果表明:土拱效应随着桩间土的沉降而发展变化,桩间土发生较大的沉降后土拱效应才能达到极限状态。桩顶平面上方1.67倍桩净间距范围内土体的密实度受土拱效应的影响,土体孔隙率的变化与土拱效应发展保持一致。土拱效应发展过程中土体的竖向位移远大于水平向位移,桩顶上方竖向位移小于桩间土上方竖向位移,等沉面的高度位于2.7倍的桩净间距处。土体中竖向应力的影响范围与密实度的影响范围相同,土拱高度为该影响范围的上限,在该范围内土压力系数随土拱效应发展而变化,但两者变化并不一致,且土压力系数在桩顶上方和桩间土上方也不相同。     

土工材料与高速铁路路基工后沉降控制

通过桩网复合地基沉降变形、基底土压力等观测测试,分析桩土应力分担比的变化过程、土工格栅的受力特点及沉降变形规律,探讨土工格栅等土工材料控制路堤工后沉降的效果及设计方案,并介绍了土工材料在路基工程其他方面中的应用。     

刚度差异桩组合桩网结构路基承载特性

刚度差异桩组合桩网结构路基因具有工后沉降小、经济效益好的优点而被广泛应用于铁道工程。与传统桩承结构路基相比,该结构桩土协同工作规律更为复杂,为研究其承载特性和土体沉降变化规律,通过室内模型试验和数值计算分析刚度差异桩组合桩网结构路基在静力荷载下的桩身应力、桩土应力比、格栅应力、桩侧摩阻力和土体沉降变化特点。结果表明：刚、柔性桩的承载力主要由侧摩阻力提供;刚性桩的桩土应力比随上部荷载增加呈先增长后稳定趋势,荷载在路基中沿中心桩体向边缘桩体传递,并沿路堤行车方向朝路堤横断面方向扩散;土工格栅和碎石加筋垫层共同工作,协调荷载进行再分配,均衡路基应力分布;路基中心排桩沿横断面方向的土体沉降近似呈盆状分布,刚性桩控制路基土体变形和沉降的性状明显优于柔性桩;选择性布置刚度较大长桩可减小路基沉降量。     

深厚软土层桩-网复合地基承载性状监测分析

基于复杂海相沉积深厚软基处理情况,设置监测断面,埋设相关监测仪器,对桩-网复合地基上部路堤填土施工过程中地表沉降、深部分层沉降、桩土应力、孔隙水压力、土工格栅伸长量等的变化进行观测分析研究。在加载初始阶段,桩间土应力和桩顶土应力都有一个快速升高的历程,但桩间土应力增大的速率要小于桩顶土应力;在一定填土高度时,极值出现于桩间土,随之产生的"土拱效应"会使两桩中心处的土应力大于四桩中心处的土应力值;孔隙水压力随填土高度的增加上升得并不明显,荷载的变化对浅部孔隙水压力的影响较大,对深部的孔隙水压力影响则较小;地基分层沉降的速率与路堤填土的速率呈正相关,沉降量的大小与地层深度和地层特征有关;随着填土高度的增加,土工格栅的拉伸位移量亦增加,且桩间土处的土工格栅的拉伸率及所承受的拉力均要大于桩顶处。     

基于离心模型试验的高强度桩复合地基桩间距效应分析

针对客运专线在软土和松软土地基处理中大规模采用高强度桩复合地基技术的应用情况,进行路堤荷载作用下不同桩间距的离心模型试验,分析桩间距的变化对高强度桩复合地基的荷载传递、破坏特点、桩土应力及垫层拉筋受力、地基沉降变形等工程特性的影响.试验数据表明:桩间距由3倍增至6倍桩径,高强度桩复合地基的沉降变形、桩土应力及比值、垫层拉筋受力等力学响应增大明显;随着桩间距的加大,高强度桩复合地基的桩顶和桩间土承受的应力均大幅提高,桩间距大于或等于5倍桩径后,桩顶垫层和桩间土先后达到极限状态,将产生显著的桩顶刺入变形和桩间土横向挤出变形,复合地基整体结构处于不稳定状态;垫层拉筋的受力沿横截面呈M形分布,峰值出现在两侧路肩附近位置的下方,与地基发生变形破坏的位置有较好的一致性.     

某港区后方交通联络线浅埋基岩复合地基沉降特性研究

以某码头交通联络线的CFG桩复合地基为工程背景,开展浅埋基岩复合地基的加固机理研究,采用ABAQUS软件分析CFG桩端距基岩距离、嵌岩深度和下伏岩性等不同工况对浅埋基岩复合地基的承载效果。结果表明,浅埋基岩的CFG桩复合地基的承载主要由桩体承担,但桩间土也能承担部分荷载;距基岩距离越小,桩顶处出现的沉降量越小,桩顶处桩土应力比越大;嵌岩深度越大,沉降量也越小,而桩顶处桩土应力比越大;下部基岩弹性模量越大,沉降量越小,桩顶处的桩土应力越大。     

地铁隧道盾构施工对桩箱建筑物影响研究

为保证地铁双线盾构隧道下穿桩箱基础建筑的安全,采用abaqus有限元软件建立计算模型,模拟不同桩长、桩径、土体损失率及不同工况下桩基和基础底板附加变形及附加内力变化规律,从而对隧道下穿桩箱基础建筑的设计提供借鉴作用。结果表明:(1)随桩长增加,底板竖向附加变形和附加弯矩逐渐变小,底板竖向附加弯矩在桩顶出现极大值;3号基桩(右线隧道左侧)随桩长增加,桩身最大水平位移、附加弯矩和附加轴力均逐渐减小。(2)随桩径增大,底板竖向附加变形逐渐减小,3号基桩附加弯矩逐渐增大。(3)随土体损失率增大,底板竖向附加变形逐渐变大,3号基桩附加弯矩逐渐变大。(4)施工完毕后,除4号桩(两隧道之间)外,其余各桩水平变形规律为靠近隧道的两排桩累积变形最大,离隧道越远,桩体变形越小,4号桩体最终附加水平变形倾向于先期开挖的左线隧道。     

土压平衡盾构侧穿富水地层铁路桥桩施工技术

济南地铁某土压平衡盾构区间隧道处于上部为可塑黏土、下部为碎石土的富水地层中,且近距离侧穿底部净空较小的铁路客专桥桩。施工中,在桥桩与隧道间设置钻孔灌注隔离桩进行隔离防护,隔离桩顶部施工钢筋混凝土连梁以提高灌注桩抵抗变形的能力;选用护壁性能好、低高度的正循环钻成孔,钢筋笼分段制作、吊装,机械连接下井后及时灌注混凝土;采用微过土压平衡掘进模式,并进行足量同步注浆、及时二次补充注浆,可有效控制地面沉降,满足铁路客专及桥梁的各项控制指标要求。     

碎石桩复合地基若干问题的理论分析

本文在考虑桩 -土相互作用的基础上 ,根据桩 -土侧向变形协调及竖向变形相等的条件 ,应用弹性理论导出了线弹性状态下桩体及桩周土的应力 -应变关系 ,得出了桩体材料屈服时桩 -土应力比的计算式。利用摩尔 -库仑屈服准则导出了桩周土处于极限平衡状态时 ,桩体和桩周土竖向变形的表达式 ,并导出了碎石桩极限承载力计算式。讨论了桩 -土应力比、竖向应变与置换率及桩周土变形模量的关系。同时指出 :用碎石桩加固软土地基其加固效果比较明显。但用碎石桩来加固土的变形模量大于 8MPa的地基 ,加固效果不很明显 ,且是十分有限的。并建议对于碎石桩加固的软土地基应该按控制沉降量设计法来代替传统的控制承载力设计法来进行设计计算。为验证本文方法的正确性 ,通过工程实例 ,将本文计算结果与实验结果进行了对比 ,对比表明 :本文方法有较高的精度     

渗水作用下膨胀土中单桩承载变形特性研究

目前膨胀土中桩基设计仍基于非膨胀土力学的设计原则。基于FLAC3D采用热-力耦合方法实现吸热膨胀来模拟膨胀土的吸湿膨胀,并重点阐述温度场模拟湿度场的关键参数取值方法。建立膨胀土中单桩三维实体模型,得出渗水作用下膨胀土中单桩的荷载变形特性、桩侧摩阻发挥特征,并分析了桩长、桩径、膨胀系数等对单桩承载特性的影响规律。研究结论:非扩底桩最小桩长宜大于2倍膨胀影响深度;细长桩比短粗桩更能有效降低膨胀土中桩顶的位移。该方法可获得渗水作用下任一时刻的桩身受力变形特性,为研究膨胀土中桩基受荷性能提供一种可行的变通手段。     

海相软土地区铁路深长双向搅拌桩复合地基加固效果分析

针对18 m以上深长双向搅拌桩复合地基加固海相软土地区铁路路基的长期加固效果问题,依托新建青连铁路连盐试验段进行了现场试验研究。通过施工期的工艺优化和成桩质量控制,填筑期的荷载传递规律分析,以及贯穿施工期到运营期的长期沉降观测,验证了深长双向搅拌桩复合地基加固的长期可靠性。结果表明:干法和湿法双向搅拌桩加固苏北地区含水量在37%~55%之间的海相深厚软土地层具有可行性,试验桩长20 m范围内成桩质量良好;从施工期到运营期的路基沉降控制效果良好,满足规范对沉降的要求。试验研究成果拓展了双向搅拌桩的适用范围,在加固深度方面突破了现行规范规定的干法桩不宜大于15 m、湿法桩不宜大于18 m的限制,并且具有较好的经济效益和社会效益。     

铁路客运专线CFG桩复合地基沉降监测与分析

介绍了武广铁路客运专线路基典型断面变形、应力监测方案,对CFG桩复合地基中桩身压缩量、不同深度范围内桩间土压缩量的监测结果进行整理分析,探讨了路基填筑、停载、超载预压、超载卸除等施工过程中CFG桩复合地基的变形发展规律。现场实测结果表明:在施工过程中,CFG桩复合地基中的桩、土变形并不协调,其变形差随着复合地基中应力不断调整而逐步减小;基于复合地基压缩变形的93.4%发生在CFG桩加固深度内,准确计算加固区沉降是提高复合地基沉降计算精度的关键。     

DDS桩在高速铁路复合地基工程中的适用性

结合铁路建设工程实际,选择不同地质和工况条件的施工区段,对DDS桩(全螺纹灌注挤土桩)和CFG桩(水泥粉煤灰碎石桩)进行复合地基载荷试验,对比分析2种桩在复合地基加固效果上的差异;对DDS桩进行实体取芯、局部开挖,研究其未达到预期效果的原因.结果表明:地质条件、工装设备和工艺直接影响DDS桩的成桩质量和加固效果;桩底和桩身螺纹质量是保证复合地基处理效果的关键;在承载力以短桩端承力为主的加固区段不宜采用DDS桩技术进行复合地基处理;在承载力以长桩摩擦力为主的加固区段可采用DDS桩技术,但须采取改进措施.     

水泥搅拌饱和黄土复合地基桩土荷载分担研究

兰州至中川机场城际铁路工程沿线大多地段属于饱和黄土地基,承载力低,压缩性大,无法满足设计要求,采取水泥土搅拌桩复合地基进行加固,通过现场实测路堤荷载及刚性承载板下水泥土搅拌桩复合地基中桩土荷载分担情况。结果表明:随着路堤填筑高度及时间的增加,桩体、桩间土的应力都增大,桩体的应力大于桩间土的应力;相同的路堤填土荷载下,二灰掺量16%的复合地基中最大桩顶应力272.5 kPa,对应桩间土应力45.5 kPa;二灰掺量12%的最大桩顶应力166.3 kPa,对应桩间土应力为69.3 kPa。随着二灰掺入量的增加,路堤荷载下水泥土搅拌桩复合地基桩土应力比增大,二灰掺量16%时的最大桩土应力比为5.57,是二灰掺量为12%的2.34倍;刚性基础下桩土应力比随荷载的变化呈现出凸单峰曲线。复合地基中桩体应力集中系数的值随着荷载的增加而逐渐增大,桩间土应力减小系数随着荷载的增加而减小。