桩网支承路基力学性能数值分析

运用ABAQUS有限元软件建立桩网支承路基三维模型,分析桩间距、桩帽尺寸、软土层模量、下卧层模量和格栅模量等关键参数对桩网支承路基沉降、桩土应力、垫层上方应力、加筋网垫承担的应力、桩土荷载和格栅拉力等的影响。结果表明,桩土差异沉降受软土层模量影响最大,路基存在明显的应力集中即"土拱"效应,加筋网垫承担的竖向应力随下卧层模量、软土层模量和置换率的增大而减小,随格栅模量的增大而增大,两桩帽间格栅竖向变形近似呈悬索形状,上层格栅受到的拉力约为下层的0.4倍。     

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。     

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。     

桩网复合地基加筋垫层土工格栅变形机理研究

在武广高速铁路CFG桩加固段选取一横断面,分别在桩顶和桩间土位置的土工格栅上间隔安装14个柔性位移计,测试土工格栅作为水平加筋体随荷载、时间的变化情况,结合测试结果,研究土工格栅变形的内在机理.研究结果表明,无论是在桩顶还是在桩间土的位置,土工格栅的变形沿路基横断面在路基中心区、路肩下过渡区和路基坡脚区表现出3种不同的变化规律;土拱效应是影响土工格栅变形的重要因素,受土拱效应的作用,在桩顶和桩间土中心位置均存在局部受压区域;垫层为级配碎石时,土工格栅最易受破坏的地方位于桩土交界处,土工格栅的破坏形态更近似平底锅形而非抛物线形.     

国外加筋垫层桩支承路基计算方法分析

从荷载传递与分配、加筋垫层格栅的张拉力和路堤横向滑移3个方面介绍英国、日本、德国和北欧规程(手册)中有关加筋垫层桩支承路基的计算方法。分别采用这些计算方法对两个算例的加筋垫层格栅张拉力进行计算,发现计算结果相差较大。不同方法计算结果产生差异的原因是,各规范对拱效应、作用于桩间垫层上的荷载、垫层加筋体张拉力等的计算方法差异较大。建议结合我国铁路建设工程实际,对现有方法中存在的问题进行系统和有计划的研究,建立我国自己的加筋垫层桩支承路基的设计理论和方法。     

路基加筋垫层土工格栅拉力计算方法研究

研究目的:土工格栅加筋垫层具有扩散应力、调整桩土应力比、提高地基承载力和减小不均匀沉降的作用,在铁路复合地基中得到了广泛应用,但目前格栅拉力的计算方法并不统一,因此有必要针对土工格栅拉力的计算方法展开系统研究,以期为铁路复合地基格栅垫层的设计提供参考。研究结论:以武广客运专线为工程背景,总结了不同格栅拉力计算方法,建立平面有限元分析模型,在考虑不同格栅模量的条件下,分析了路基填筑过程中地基面沉降、土工格栅受力及桩土应力比的变化规律。填土高度增加到一定程度后,地基面沉降、土工格栅受力及桩土应力比增加趋缓,格栅模量的增加使土工格栅受力增加明显,加筋垫层的使用可以有效地解决桩顶应力集中的问题,对地基沉降能起到较好的控制作用。     

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。     

高速铁路桩网结构加筋网垫受力计算方法

基于高速铁路桩网结构各单元间的协调工作机理,对加筋网垫承担的竖向静动荷载及其引起的加筋体拉力、边坡推力效应引起的加筋体拉力等计算方法进行研究.土拱效应引起的桩间土竖向应力采用球形拱假设计算,动荷载引起的竖向应力采用Boussinesq假设计算;加筋体拉力由竖向荷载和边坡推力效应两部分引起,对于竖向荷载引起的拉力采用悬索理论计算,并首次考虑加筋体初始挠度的影响;计算边坡推力效应时,不仅考虑路基边坡主动土压力的产生和平衡,还综合考虑基底摩擦的协同工作.加筋网垫受到的拉力全部由加筋体承担.作为主要加筋体材料的土工格栅加筋体的最低强度可取使用年限内发生失效应变时的强度,但应考虑工程施工和环境等因素的影响.     

桩网支承路基结构中边坡推力效应的模型试验研究

桩网支承路基结构中边坡推力效应引起的加筋体拉力的几种主要计算方法存在较大差异,国外规范对此拉力取值较为保守.基于相似理论,通过4组模型试验对边坡侧向应力、格栅横向拉力以及边坡推力引起的拉力进行了测试分析.结果表明,边坡实测主动土压力的合力明显大于由边坡推力效应引起的格栅拉力,桩网支承路基中在计算边坡推力效应引起的拉力时,应考虑基底摩擦反力的影响.对于两层格栅,由边坡推力效应引起的格栅拉力,上层承担的拉力大于下层.提出了桩网支承路基结构边坡推力效应引起拉力的计算方法,为制定我国相关规范提供参考.     

海南东环线路基现场应力测试研究

路堤基底应力大小及分布形式,对地基沉降计算影响较大;复合地基垫层中土工格栅拉力大小是柔性拱作用效果的重要反应同时为土工格栅强度选择提供依据。海南东环线全风化花岗岩路基基底应力测试和复合地基垫层中土工格栅拉力测试表明:比例荷载法计算基底附加应力大于实测值,均布荷载计算值小于实测值,弹性土堤法和修正比例荷载法计算的附加应力接近实测值;土工格栅拉力实测值与日本规范法计算值接近,欧洲规范计算值明显大于实测值,目前国内土工格栅强度满足受力要求。     

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。     

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。     

高速铁路桩网复合地基加筋垫层刺入变形研究

设计了能够准确反映桩网复合地基各部位受力变形特性的室内缩尺模型试验,研究了桩网复合地基加筋网垫的荷载传递规律及土工格栅受力及应变特点。通过试验发现,桩头上穿的影响范围为桩径的2.5倍,且格栅应变呈现"M"形分布。应用压力分布传感器探明了加筋垫层和桩-土接触界面的压力分布,从而深化了对桩网复合地基加筋垫层受力变形和荷载传递规律的认识,为现有理论及计算方法的优化提供了数据支撑。     

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.     

土工格栅加筋路基结构沉降控制试验研究

研究目的:土工格栅加筋路基结构具有节约成本、施工方便、抗震性良好、绿色环保及景观效果好等优点,本文通过数值模拟和现场试验,研究该路基结构的沉降变形特性和控制沉降效果,从而为该结构的工程应用提供依据。研究结论:(1)验证了土工格栅加筋路基结构在控制地基沉降方面能够满足设计要求,技术可行;(2)土工格栅加筋路基结构保留了原有路基结构型式及景观效果,在满足路堤稳定的前提下,可适当减弱路堤边坡部分地基加固强度,缩小了地基加固范围,减少了地基加固工程数量;(3)本文的路基加筋结构适用于铁路或公路软土路基基床结构。     

高速列车荷载下桩网结构路基竖向动应力传递分析

依托哈尔滨—大连高速铁路典型断面建立桩网结构路基有限元模型,分析路基高度和桩间距对列车荷载作用下路基竖向动应力传递的影响。研究结果表明:竖向动应力沿路堤深度逐渐减小,距桩顶同一距离的水平面上桩顶处竖向动应力最大,四桩形心处竖向动应力最小;路堤高度较小时土拱效应较弱,桩顶应力集中效应起主导作用;随着桩间距的增大土拱高度增加,竖向应力提前由衰减变为增加且单个土拱拱脚所需承担的竖向动荷载增加;计算得到的竖向动应力衰减系数在中国规范与日本规范计算结果之间。     

昌赣客运专线CFG桩复合地基沉降控制

以昌赣(南昌—赣州)客运专线试验段CFG桩复合地基为例,建立了三维动力响应分析模型,分析列车运行速度、桩长等多个影响复合地基沉降的因素,得出各因素对其沉降的影响程度和规律,确定控制沉降的关键因素.研究结果表明:在列车移动荷载作用下,路基沉降主要集中在路基表层,且路基各结构层沉降沿深度方向和线路横向有明显的衰减;增大桩身长度、垫层厚度或桩身弹性模量,均可减小复合地基各结构层的沉降.     

土工格栅加筋土挡墙地震响应分析

柔性网面土工格栅加筋土挡墙是一种新型支挡结构,其面墙为柔性钢筋网面,柔性网面与水平面成73°的坡面.通过大型的模型试验,研究了以红砂岩为填料在水平地震作用下柔性网面土工格栅加筋挡土墙的动力特性.输入地震波采用ELCE＿NS地震波和HACHI＿EW地震波,峰值分别为0.342g 和0.183g.试验得出了柔性网面土工格栅加筋挡土墙在不同峰值的水平地震激励下的第1层、第3层、第5层墙顶面处的水平加速度、竖向加速度、水平动位移、竖向动位移峰值响应和沿墙高方向动应力峰值响应.通过对柔性网面土工格栅加筋挡土墙的结构分析和抗震试验,可以得出柔性网面土工格栅加筋挡土墙为优良的抗震结构,这为柔性网面土工格栅加筋挡土墙的抗震设计提供依据.     

湖区公路拓宽工程处治技术应用分析及监测

结合某湖区公路拓宽工程,通过对路基拓宽工程病害的成因分析,认为新老路基结合部间的不协调变形是路基拓宽工程病害产生的根本原因.基于"变形协调与控制"的处治思想,分析了土工格栅防止路基不均匀沉降的机理,对土工格栅的处治效果进行评价.在具有典型地质条件和较高填方地段布置了监测断面,进行动态监测.监测结果显示,加筋路堤内部的竖向应力随格栅层间距的减小而降低,而水平应力却随之增加;沉降随格栅层间距的减小而减小.研究结果表明,土工格栅处治后拓宽路基变形及新老路基差异变形均很小,为新老路基差异沉降的评价提供了依据.     

加筋水泥土排桩加固路基设计计算方法研究

研究目的:加筋水泥土排桩法是一种新型的既有路基加固方法,适合在列车运行条件下进行施工,加固效果可靠,但其设计计算方法研究较少。本文以加筋水泥土排桩加固机理作为设计的理论依据,建立设计计算模型,结合混凝土结构设计原理,提出基于弹性地基梁的加筋水泥土排桩加固路基设计计算方法。研究结论:(1)通过合理的假定,加筋水泥土排桩的设计计算模型简化为等效钢筋水泥土板;(2)加筋水泥土桩的弯矩、剪力及变形可基于弹性地基梁理论进行计算;(3)加筋水泥土桩顶上填土厚度(从轨底算起)小于3 m时,应计列列车竖向动力作用;(4)本设计计算方法概念明确、计算简单,易于工程技术人员学习和掌握;(5)加筋水泥土排桩具有广阔的应用前景和推广价值;(6)本研究成果可应用于加筋水泥土排桩加固既有路基的设计。