桩承式加筋路堤中土工格栅加筋效应的室内试验研究

基于室内模型槽试验,开展了考虑土工格栅的桩承式路堤变形和填土应力分布规律研究,重点研究了土工格栅抗拉强度和土工格栅层数对软土竖向位移、填土竖向应力分布和桩土应力比的影响。研究结果表明:软土竖向位移随土工格栅抗拉强度和土工格栅层数增加而减小;不同层数土工格栅作用下填土竖向应力随路堤高度的分布规律差异较大。综合考虑桩承式路堤软土变形和填土荷载向桩顶转移程度,了解研究工况下土工格栅的作用效果,可为现场路堤工程中如何选用合适土工格栅抗拉强度和层数提供依据。     

缓坡率膨胀土加筋路堤局部稳定性分析

根据大气影响深度理论和调查结论,提出了加筋路堤的破坏模式,利用格栅变形和土体膨胀变形的相容关系,结合室内有荷试验结果,提出了允许变形的膨胀压力的计算方法,推导了膨胀土加筋路堤的局部稳定性计算公式并对南宁至友谊关公路的加筋路堤稳定性进行了计算。膨胀压力不同于室内试验的膨胀力,是土体允许变形以后的压力,其值小于或等于室内试验得到的膨胀力;下滑力由裂缝中土体吸水后产生的膨胀压力提供,抗滑力由滑动面上土体与筋材的摩擦力和筋材的锚固力共同提供,适当提高填筑含水量可以降低下滑力;文中提出的局部稳定性计算公式可用以验证膨胀土路堤加筋设计的合理性。     

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.     

桩承式加筋路堤荷载分担比计算方法

针对桩承式加筋路堤作用机理复杂的问题,分析路堤填土-筋材-桩-桩间土在路堤荷载作用下的荷载传递机理.根据位移、应力连续条件,将路堤填土和加固区作为统一的整体考虑.将一定厚度水平向的加筋垫层视为具有刚度的薄板,考虑土工格栅的加筋作用,采用大挠度薄板理论计算筋材的挠曲变形.考虑路堤填土的土拱效应和路基桩土相互作用,推导在桩体打穿和未打穿软土层2种情况下桩承式加筋路堤荷载分担比的求解方法.采用相关文献中的模型试验结果对提出的计算方法进行验证.结果表明,采用该方法计算出的桩土应力比与实测结果比较接近,可为工程实践提供设计理论参考.     

吹填土地基上加筋路堤稳定性的数值模拟

基于强度折减法,通过数值模拟对吹填土地基上加筋路堤的稳定性进行了分析,比较了不同设计方案路堤的位移及稳定安全系数,对路堤填土的黏聚力、内摩擦角、边坡坡比及土工格栅的拉伸刚度等影响路堤稳定性安全系数的因素进行了分析。结果表明：将边坡通过2次放坡可以减小路堤水平位移,路堤稳定安全系数略有增加,在路堤底部铺设土工格栅可以有效减小路堤水平位移,较大幅度提高路堤稳定安全系数。路堤填土的黏聚力不宜小于10 kPa,内摩擦角不宜小于25°,以保障路堤具有较高的稳定安全系数。土工格栅的刚度较小时对路堤稳定性有较大影响,当格栅刚度大于100 kN/m以后,通过提高格栅刚度并不能进一步提高路堤稳定性安全系数。     

加筋垫层法处理涵洞吹填土地基

结合吹填土的工程特性,介绍了涵洞吹填土地基的处理原则及流程。通过有限元计算模型的建立,对加筋垫层法处理涵洞地基的效果进行了研究,分析了不同的垫层宽度、厚度、土性参数和不同格栅层数、间距及刚度时,涵洞的土压力及位移规律,并对多层加筋时格栅的轴向拉力进行了分析。结果表明：加筋垫层法能有效地减小吹填土地基上涵洞的沉降,涵顶土压力随加筋垫层宽度的增大而减小,随垫层厚度的增加呈非线性增大,并逐渐趋于稳定;格栅层数和格栅刚度的增加对减小涵体沉降有一定的作用,但同时会使涵顶土压力增大。     

矩形基础下加筋砂土地基承载力的研究

本文通过对矩形基础下的土工格栅加筋砂土地基进行有限元法分析 ,并与模型试验结果进行比较 ,得出加筋砂土地基比无加筋砂土地基的极限承载力有显著的提高 ,探讨了加筋地基中最上层筋材距基底的深度 ,筋材的竖向间距、层数和尺寸等几何参数对加筋地基的极限承载力的影响 ,并且提出了各几何参数砂土的最佳值 ,这些研究成果对加筋地基的设计和施工具有重要的指导意义     

新型土工格栅加筋土路堤模型试验研究

通过室内模型试验,对竖向荷载作用下三向土工格栅加筋效果进行了研究,研究了格栅埋设于底部、中部和顶部等8种工况下,坡体的变形情况和路堤的破坏模式。研究结果表明：加筋能降低路堤坡体的总沉降量,铺筋一层格栅比不铺格栅减小了13%~23%,铺两层格栅后比不铺格栅筋小13%~33%,铺三层格栅后比不铺格栅筋沉降小了10%;加筋大大提高了坡体的极限承载力,加筋层数越多承载力越大,加筋三层或承载力最大,比不加筋增大了2.2倍;路堤开始加载到破坏,坡体的破坏滑动面从坡顶延伸到坡脚处,但格栅的存在影响破坏面的位置,由于格栅的刚度较大,破坏面不能通过格栅向下延伸,破坏面只能从坡顶部延伸到格栅铺设位置之上,不能通过格栅再向下延伸;格栅加筋能增强路堤的稳定性,在一定程度上控制裂缝的开展。     

土工格栅与碎石桩联合处理软土路基的对比

根据平面应变条件下的Biot固结理论,采用ABAQUS软件的非线性有限元方法对土工格栅加筋与碎石桩联合使用于软土路基的效果和机制进行了探讨.对比计算表明:仅在路基中加入一层土工格栅时,与无格栅相比较,路堤和路面变形可以减少;在相同固结时间内加设碎石桩后,路堤和路面的竖向变形可以大大减小,路堤的侧向位移也变小.碎石桩极大地缩短了孔隙水压力的消散时间,加快了软土的固结;碎石桩对软土起到了置换作用,可提高路基的承载力、减小路基变形,从而提高了路堤的稳定性.加设碎石桩后可以缩短路堤的固结时间,从而可以缩短工期.     

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。     

移动荷载作用下加筋路堤和轨道系统的三维动力响应

用解析法研究了加筋路堤上轨道系统在移动荷载作用下的三维动力响应问题。基于Biot多孔弹性介质的波动理论,建立了加筋路堤轨道系统分析模型。将钢轨简化为无限长弹性Euler梁,将枕木简化为连续质量块,将加筋路堤作为一横观各向同性层来考虑,将下卧土体考虑为由Biot波动方程描述的饱和半空间。联立轨道系统、加筋路堤和下卧土体的动力方程,在Fourier变换域内求解荷载作用下钢轨位移和土体位移的表达式,将求得的表达式进行Fourier逆变换得到其在时域里的表达式。研究了列车移动速度、加筋路堤层的厚度、荷载幅值大小和加筋率等对路堤及轨道系统动力响应的影响。计算结果表明,钢轨竖向变形随着速度的增大呈现先增大后减小的趋势;加筋路堤上的钢轨竖向变形显著小于同厚度下未加筋路堤上的钢轨竖向变形;钢轨竖向变形随着荷载幅值的增大而增大;随着加筋率的增大而减小。     

无黏性有限土体主动破坏及土压力离散元分析

建立在半无限土体假定上的朗肯土压力理论和库伦土压力理论,在挡土墙后填土有限的情况下不再适用。针对墙后无黏性填土,采用离散元方法分别对光滑、粗糙墙面平动模式下墙后有限宽度土体主动破坏的过程进行研究,分析了挡土墙运动过程中滑裂带发展、土体位移规律以及墙后水平土压力分布的情况。研究结果表明,墙体光滑情况下,滑裂带呈直线,墙后填土宽高比较小时,可以观察到滑裂带的反射,墙后土体呈多折线破坏模式,滑裂带倾角基本与库伦理论滑裂带倾角相等,且与土体宽高比无关,水平土压力合力受土体宽高比影响亦不大。墙体粗糙情况下,滑裂带呈曲线,反射现象随墙体粗糙程度增加而减弱,滑裂带倾角随土体宽高比增大而减小,最终落于库伦理论滑裂带内侧。此时,存在一临界宽高比,当墙后土体宽高比小于此值时,主动土压力随宽高比增大而增大,大于此值时,主动土压力不受宽高比影响。而无论墙体粗糙与否,墙后土体宽高比越小,达到极限状态所需墙体位移均越小。     

软土地基中包裹碎石桩地震动力响应数值模拟研究

包裹碎石桩是将碎石桩包裹在土工合成材料中，通过土工合成材料的径向约束作用，减少碎石桩的变形，提高其在软土地基中的稳定性。使用有限差分程序FLAC3D进行模拟，研究地震荷载作用下软土地基中包裹碎石桩的动力响应。数值模型采用考虑滞回特性的非线性弹塑性模型模拟碎石桩和软土，使用线弹性土工格栅单元模拟土工合成材料。利用振动台试验结果验证三维动力数值模型，然后开展参数分析，研究筋材刚度、软土剪切模量、路堤荷载等参数对软土地基中包裹碎石桩地震动力响应的影响规律。数值模拟结果表明：随着筋材刚度的增加、软土剪切模量的增加、竖向荷载的减小，碎石桩的沉降及筋材应变和土体的剪应变也显著减小，土工合成材料包裹筋材可以有效提高碎石桩的抗震性能。     

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。     

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.     

考虑软土软化特性的软基加筋道路动力响应

为了研究交通荷载作用下考虑软土软化效应的低路堤软基加筋道路的动力响应问题,以室内动三轴试验为基础,研究了循环荷载作用下初始偏应力以及荷载作用次数对软土刚度软化的影响,通过回归分析得到了软土在循环荷载作用下刚度软化的经验公式;然后编制了用户子程序将经验公式导入有限元分析软件ABAQUS中,采用ABAQUS对软基加筋与不加筋道路在交通荷载作用下的动力特性进行对比分析.结果表明,软土的软化特性对软基加筋道路的动力响应有重要影响.同时,加筋可以提高道路的整体强度,使土体应力均化,约束土体的水平变形,减少道路的整体沉降,并降低道路的不均匀沉降.     

变速荷载作用下加筋低路堤动力响应分析

为研究变速荷载作用下加筋低路堤的动力响应,将荷载假设成变速均布线荷载,并考虑由于荷载变速产生的水平向应力,将加筋低路堤视为层状各向同性弹性层,采用Goodman模型表示层间接触条件。利用Garlerkin法推导出Fourier变换域内加筋低路堤动力响应的控制方程,提出一种模态叠加法,Duhamel积分和Fourier逆变换相结合的方法推导出任意时刻动力响应的数值解。采用两个算例验证方法的正确性,分析层间接触条件、荷载加速度、路堤高度和筋材刚度对加筋低路堤动力响应的影响。结果表明：层间接触状态对路面结构层底部的位移影响显著,尤其对纵向位移影响很大,且变速状态下这种影响更加明显,工程中应尽量使加筋土上下表面处于完全连续状态;随着初速度和加速度的增加,路面结构层动挠度显著增加,地基土表面动应力峰值明显增加,动应力路径显著增大且沿顺时针偏转;加速度对于正应力和剪应力在加筋低路堤中的衰减有一定的影响;增加加筋材料刚度会导致应力在加筋低路堤中的衰减,剪应力比最大可减小47.9%,正应力比最大可减小29%。     

土工格栅加筋路堤抗震优化设计方法研究

为研究路堤工程的抗震设计问题,通过对汶川8.0级地震震区路堤震害进行调查,发现强震作用下未加筋路堤存在边坡坍塌和路而拉裂两种震害模式,而中上部铺设了土工格栅的路堤在强震作用下仍然基本保持完好.路堤顶部铺设长筋,可以阻断路面张拉裂缝向下扩展,从而防止了路堤本体滑坡的形成;路堤中上部铺设短筋,可以抑制坡面土体的侧向变形,从而防止了路堤坡面滑塌.基于震害调查结论,针对路堤常规加筋方案,提出了路堤中上部铺设短筋的加筋抗震优化设计方法.利用有限差分动力强度折减法,分别对常规加筋模型和加筋优化模型的抗震性能进行了计算.计算结果表明,优化设计以后,筋材用量减少了23.1%,路堤最大地震位移减小了19.0%,土工格栅最大受力减小了14%.优化设计不仅减少了土工格栅用最,而且达到了抑制边坡变形、提高路堤抗震性能的效果,为地震灾区路堤工程灾后重建提供了科学依据.     

土工合成材料软土地基加固特性研究

土工合成材料在软土地基中应用较为广泛。对软土路堤解决方案进行了统计分析,介绍了软土地基加筋的基本规定,相应分析方法。在软土地基中,土工合成材料加筋层存在时,软土地基位移显著减小,其稳定性增强。有无筋材存在时,其承载力之比是影响基础性能的关键参数,且该承载力之比存在一个最佳值。     

交通荷载下加筋道路弹黏塑性有限元分析

为了研究交通荷载作用下软基加筋道路的动力响应,提出了一个土体动力弹黏塑性模型来模拟循环荷载作用下加筋道路中软土地基的动力特性,并在土工格栅和土体之间设置接触面单元来模拟筋材与土体的相互作用.在此基础上建立了软基加筋道路的动力分析模型,编制了动荷载作用下加筋软基道路变形分析的计算程序.用该程序对室内试验进行了分析,验证了程序的正确性;并用该程序对在路堤与软土地基之间铺设土工格栅的加筋道路和不加筋道路的动力特性进行了对比分析,同时还对比了考虑流变和不考虑流变的加筋道路的位移响应.结果表明,加筋对软土道路的动力响应有明显影响,同时,考虑软土的流变特性对研究加筋道路的动力响应是非常必要的.