加筋路堤下涵洞土压力分布规律及计算方法

基于缩尺模拟试验, 通过改变涵洞两侧地基压缩模量用于模拟堤-涵差异沉降, 揭示涵顶加筋作用机理, 确定路堤堆载条件下涵顶土压力分布规律, 并推导建立土压力计算公式。研究结果表明: 同等地基模量条件下, 加筋路堤下的涵顶土压力明显高于普通路堤, 且随格栅层数增加, 堤-涵相对位移减少; 同等加筋条件下, 地基压缩模量越小, 堤-涵相对位移及涵顶土压力均越大; 综合土拱效应与加筋作用机理, 建立加筋路堤下涵顶土压力计算公式, 并与模型试验结果进行可靠性验证。研究结果可为加筋路堤下涵洞结构设计提供依据。     

沟埋式矩形涵洞土压力及填土等沉面分析

填方工程中,填土在涵洞附近形成土拱,导致现有关于涵洞土压力理论计算值与实测值相差较大。为了探讨涵洞对填方工程变形的相互影响,对沟埋式涵洞顶部土压力及填土变形进行了对比分析,计算结果表明：沟埋式涵洞内土柱的竖向沉降小于外土柱的竖向沉降;沟埋式涵洞顶部土压力系数均大于1,且随沟槽宽度的增大而增大,当沟槽宽度为涵洞宽度10倍时,土压力系数已接近最大值;土压力系数随沟槽深度的增大而呈线性减小规律,当沟槽深度大于涵洞高度的2倍以上时,涵顶土压力可按上覆土重计算;涵洞侧壁受到的剪应力随着沟槽宽度的增加而增加,随着沟槽深度的增加而呈线性减小规律。     

刚柔性桩加筋垫层复合地基承载性状数值分析

对刚柔性桩加筋垫层复合地基的承载性状进行数值分析,通过PLAXIS 3D软件建立三维有限元模型,分析垫层模量、土工格栅层数、桩间距及刚性桩桩长对刚柔性桩加筋垫层复合地基承载性状的影响。结果表明:当荷载较小时,土工格栅层数、刚性桩桩长及桩间距对复合地基沉降影响较小;当荷载较大时,复合地基沉降随着垫层模量、土工格栅层数及刚性桩桩长的增大而增大,随着桩间距的减小而增大;垫层模量和土工格栅模量对桩土荷载分担比的影响较小;增大桩间距,刚性桩和柔性桩的荷载分担比均有所减小;增大刚性桩桩长,刚性桩荷载分担比增大明显,柔性桩荷载分担比略有减小。     

土工格栅加筋垫层工作特性分析

通过模型试验结合三维数值模拟的方法,探讨了在软土地基上碎石垫层和加筋碎石垫层的工作特性;分析了不同垫层厚度、土工格栅、格栅层数等参数变化,对碎石垫层和加筋碎石垫层变形模量、竖向应力场、沉降变形的影响。研究结果表明:1)土工格栅加筋垫层应力扩散效果明显强于纯碎石垫层,从而降低了垫层的总体沉降;2)垫层内部应力由底端向顶部发展,当荷载较小时,垫层底部先出现应力集中现象,随着荷载增大,应力集中区域向顶部靠近;3)随着格栅层数的增加,加筋垫层的应力集中区及沉降量的范围有所减小。     

软土地基上循环荷载作用下加筋碎石垫层 工作特性分析

通过模型试验研究了循环荷载作用下土工格栅、土工格室及纯碎石垫层在软土地基上的承载特性;分析不同工况下沉降、桩身应变及桩土应力比随循环次数、峰值荷载的变化规律。研究结果表明:在动载条件下,加筋碎石垫层能有效地限制垫层的位移,显著减小复合地基的累计沉降;加筋后的碎石垫层强度和刚度均得到增强,能有效调节桩-土应力分布,改善碎石垫层的受力特性,大幅度提高桩-土应力比,有效减小桩身应变;同等条件下,土工格室碎石垫层对于减小桩顶沉降、提高桩-土应力比和降低桩身应变的性能略优于土工格栅碎石垫层,并随着循环峰值荷载增加,两者的作用效果更好。     

土工格栅设置对垫层刚度影响的试验研究

为探讨土工格栅对碎石垫层刚度的影响规律,设计了9种不同工况的垫层,分别进行了模型静载试验,分析了垫层厚度、有无土工格栅、土工格栅层数及铺设位置等因素对碎石垫层及加筋碎石垫层变形的影响。结果表明:垫层厚度的减小能有效地降低地基沉降;在一定荷载范围内,有土工格栅碎石垫层的承载性能要优于无土工格栅碎石垫层;在相同荷载作用下,当垫层厚度相同时,土工格栅层数和铺设位置不同,其碎石垫层的刚度也不同,且存在一个最佳的铺设层数及铺设位置,土工格栅的最佳层数及铺设位置有待进一步研究。     

软上地基上加筋碎石垫层工作性状试验研究

通过模型试验研究了加筋和不加筋碎石垫层在软土地基上的承载特性,分析了垫层厚度、加筋材料、加筋层数、筋体布置位置等因素对垫层承载特性的影响。结果表明：垫层厚度对地基沉降影响明显,合理的垫层厚度能有效地降低地基的沉降;加筋后的碎石垫层对降低地基沉降的效果更明显,同等条件下,土工格室的加筋效果优于土工格栅;加筋层数及筋体布置位置对加垫碎石垫层承载特性有一定影响,层数越多加筋效果越好,将筋体布置在垫层下部时效果最好;加垫层能在一定程度上提高地基基床系数,其中土工格室加筋碎石垫层对提高地基基床系数效果最好。     

路堤荷载下现浇筒桩复合地基性状分析

为了提高软土地基的稳定性和减少路基沉降，进行了现浇筒桩复合地基工作性状研究.通过对现场测试数据的分析，得到了复合地基顶部桩土平均应力随填土时间的变化曲线，研究路基中心和桩顶沉降随填土时间变化规律，并讨论了孔隙水压力随时间消散曲线和侧向位移沿深度变化规律.研究结果表明，桩间土平均应力随填土时间增加先增大后减小，而桩顶平均应力持续增大.复合地基的沉降随深度增加而递减，沉降主要发生在小于4 m深度范围内.地基侧向位移沿深度变化较小，筒桩及土工格栅的联合加固效应明显，侧向位移有回缩现象.     

不同地基条件下矩形沟埋涵洞垂直土压力分析

在四种地基条件下,对刚性矩形涵洞进行施工过程有限元模拟,分析涵洞土压力变化规律,讨论沟槽宽度和地基刚度对涵洞顶垂直土压力的影响．结果表明,地基与回填土体弹模比相同条件下,洞顶垂直土压力系数呈先曾后减的趋势;填土高与槽宽比相同条件下,洞顶垂直土压力系数随地基与回填土体弹模比的增大而增大;地基弹性模量增大时,涵洞顶部的土压力增大．     

上埋式高填土涵洞模型地基应力分布数值模拟分析

针对涵侧填土高度对高填土涵洞地基土中应力影响的问题,提出了采用数值模拟来探讨地基土中典型部位的土压力分布.分析不同涵洞结构形式、基础类型和涵洞侧面填土高度对地基土中应力的影响,研究地基土中典型部位的土压力分布.结果表明:涵洞结构形式对地基土中应力分布影响甚微;在距涵洞基础底部第一层土的中心点处,整体式基础较分离式基础相比地基应力增大约17%;随着涵侧填土的增加,地基土中应力的提高率先增加后减少,在涵侧填土为0. 3 m时,地基土中应力提高率达到最大值.     

Effect of geogrid reinforcement on soft and medium dense soils

The field tests were carried out to examine the reinforcement effect of a geogrid on various conditions of embankment height, the number of passages of vibratory roller, the number of reinforced layer of geogrid, and soil properties. The test results of the dynamic earth pressure indicate that the soil reinforced by geogrid is very effective to increase the stiffness of soil, especially in soft soil. The dynamic earth pressure ratio, which is defined as the ratio of dynamic earth pressure to self weight of soils, exponentially decreases as the embankment height increases. The dynamic earth pressure ratio increases up to 80% for soft soils reinforced by both one layer of geogrid in place of no reinforced soils and two layers in place of a single layer of geogrid.     

多层加筋垫层刚性桩网复合地基的承载特性

为研究多层加筋垫层刚性桩网复合地基的承载特性,将设置有多层土工格栅的加筋垫层视为大挠度薄板进行分析,运用层合板理论,模拟多层土工格栅与碎石垫层之间的相互作用,建立加筋垫层抗弯刚度矩阵的计算方法。考虑刚性桩网复合地基的三维应力和位移边界条件,根据静力平衡条件,建立加筋垫层应力函数和挠度微分控制方程,并利用伽辽金方法进行求解。在此基础上,利用Winkler地基梁理论和大挠度薄板理论对桩土应力比和格栅拉力进行计算。最后,运用实际工程对计算方法进行验证,并综合分析格栅总层数、铺设间隔和位置等因素对桩土应力比及格栅拉力的影响。研究结果表明：理论计算结果与实测结果较为吻合;随着格栅总层数的增大,桩土应力比增大而格栅拉力降低,铺设2~3层格栅效率最高;随着铺设格栅间隔和底层格栅距桩帽距离的增大,桩土应力比降低,而格栅拉力增大。     

非饱和土诱导减载涵洞的竖向土压力研究

为准确计算诱导减载涵洞的主要荷载，采用圆弧小主应力轨迹描述诱导减载涵洞上方回填土拱效应，以推导考虑土拱效应的滑移面土压力系数表达式，继而基于非饱和土的双应力状态变量强度理论确定滑移面摩擦切应力，建立诱导减载涵洞顶部的竖向土压力解析解，结合等沉面高度求解给出应用步骤，最后对比文献现场实测进行正确性和适用性验证，并定义减载率分析基质吸力及分布形式、吸力角、减载材料厚度和变形模量等因素的影响特性。结果表明：所得涵顶竖向土压力解析解可合理反映基质吸力及分布形式、土拱效应、减载材料性能和等沉面高度的综合影响，完善了诱导减载涵洞设计理论；非饱和土强度提升使摩擦作用增强与等沉面下降同时发生，基质吸力和吸力角对减载率具有双重影响，表现为减载率均先增大后减小，且均布吸力下双重影响更为明显；减载率随减载材料厚度增加而非线性增大并趋于稳定，但随减载材料变形模量增加非线性减小。     

Centrifugal model test and numerical simulation of vertical earth pressure on soft foundation box culvert

To obtain the vertical earth pressure on a soft foundation box culvert and investigate the interaction of the soil-culvert-foundation system, both a centrifugal model test and a numerical simulation were conducted and the comparisons with the current methods to determine the load on a culvert were completed. The results of the model test and numerical analysis are in satisfactory agreement, which shows that the direction of the shear stress between the culvert and the adjacent embankment depends on the differential settlement between them. A vertical earth pressure concentration appears on the culvert with a rigid piles foundation because of a downward shear stress. The ratio of the load on a soft foundation culvert and the overburden pressure above the culvert raises first and then decreases as the backfill height increases. In order to reduce the load on a culvert, it is suggested to limit the stiffness difference of the foundations under the culvert and embankment and to use a light backfill over the culvert.     

桩承式路堤中加筋褥垫层的工作性状

建立桩承式加筋路堤三维有限元模型,对比分析多层土工格栅与单层土工格栅情况下软土表面沉降、软土表面竖向应力与加筋体应变的分布规律.研究发现：软土表面的沉降仅与土工格栅的总强度有关,而土工格栅的层数对软土表面的沉降影响不大;对比单层与三层加筋体模型结果可知,三层加筋体能更明显地减小作用在软土中心的竖向应力,从而使得两桩之间的竖向应力分布更加均匀.在土工格栅总强度相同的情况下,多层加筋体底层土工格栅的最大应变是单层加筋体的1.38~1.50倍.