煤矸石地基在强夯冲击荷载作用下的物理模型试验研究

 为了研究强夯法加固煤矸石地基的加固效果,了解强夯过程中不同深度处动应力分布规律,测定不同夯击能的有效加固深度,进行室内模型试验研究。用DH5939动态应变仪采集不同夯击能、不同击数、不同测点位置煤矸石地基中的动应力。试验结果表明：单击夯沉量随夯击次数的增加而减小。在夯击次数相同情况下,单击夯击能越大,夯沉量也越大。在强夯作用下,动应力主要为单一的波峰,没有明显的第二波峰,作用时间极短,动应力达到峰值所需的时间明显小于衰减时间。沿夯锤不同深度的动应力达到峰值具有明显的时滞性,在同一深度,随着夯击能、夯击次数的增加,动应力也相应增加。另外,强夯后煤矸石地基的物理力学特性指标如压实度、黏聚力等较夯前有较大提高,夯击能越大,提高幅度越明显,夯击能相同时,距夯点位置越近,提高幅度越明显。满足实际工程需要的最佳夯击能约为3 000 kN•m,最佳夯击击数为7～9击。该成果不仅适用于强夯法处理煤矸石地基,对其他松散易碎介质如建筑渣土的强夯地基加固也有一定的参考价值。     

强夯动应力的量测及现场试验研究

结合常吉高速公路强夯补强加固路基工程,做了大型的现场试验。在试验路段布置了43个土压力盒,运用动态应变仪记录了强夯动应力的传播和衰减过程,并尝试用动应力的传播与衰减曲线说明冲击波在土体中的传播。试验结果表明:强夯对红砂岩填土路基的加固效果明显,强夯动应力也相当明显,强夯动应力在水平方向的衰减速度比竖直方向快,竖直方向的影响范围比水平方向大;强夯法加固地基的影响深度远大于有效深度;随着夯击次数的增加,有效加固范围内的动应力增加明显,但在3～5击后基本稳定;从动应力等值线图上也可分析出强夯作用时压缩波、剪切波、瑞利波的作用范围。     

高能级强夯加固湿陷性黄土地基动应力的研究

基于相似原理,通过室内模型试验,研究了湿陷性黄土地基中高能级强夯作用下动应力的传播规律,研究结果表明:(1)在强夯夯击数较小时,低能级强夯的动应力略高于高能级强夯;随着强夯夯击数增加,高能级强夯的动应力明显大于低能级强夯,高能级强夯的优势逐渐显现,其加固效果明显优于低能级强夯;(2)强夯夯击数增加到一定程度后,在地基土某一深度以上,虽然高能级强夯的动应力远大于低能级强夯的动应力,但衰减的速度很快,而在该深度以下,高能级强夯的动应力和低能级强夯的动应力相差不再悬殊;(3)高能级强夯处理过的地基土从上到下可以分为3个区域,即松弛区域、加固区域和弹性区域。     

强夯法加固堰塞坝料的室内模型试验研究

为丰富堰塞坝开发利用理论，指导堰塞坝浅层密实加固处理工程，基于相似定律对堰塞坝料进行了不同能级的室内强夯模型试验，综合采用宏-细观方法分析了强夯能量引起的动应力发展和传播规律、内部变形规律、颗粒破碎和加固效果等。试验结果表明：随着夯击次数增加，由于堰塞坝料密实度提高、颗粒重排列、破碎及填充的叠合效应，夯锤有效加固范围内的动土压力峰值整体呈波动上升趋势。强夯过程中能量逐渐从表层传递到深层，同时强夯能量随深度具有较大的耗散，动应力峰值随深度呈现快速衰减的趋势。由于风化严重，强夯引起了明显的颗粒破碎现象。强夯对松散宽级配堰塞坝料的加固效果明显，不同能级强夯后其锥尖阻力大幅提高，但夯击能超过一定数值时，增大夯击能对加固效果提升有限。基于本次易贡堰塞坝料模型试验，最佳夯击能约为6000 kN·m。     

红砂岩碎石土高填方路基强夯加固时的动应力扩散及土体变形试验研究

利用4种不同的夯击能量（840,960,1 080,1 200 kN.m）对红砂岩填土路基分别进行动应力扩散和夯后路基的沉降试验研究。试验结果表明：强夯对红砂岩填土路基的加固效果明显,动应力在水平方向上的有效加固宽度从2～3 m变化至3～4 m,在竖直方向上的有效加固深度从3.5～4.0 m变化至5.0～6.0 m;随着夯击次数的增加,动应力在有效加固范围内的增加亦更加明显,但在3～5击后基本稳定;4种夯击能量在土体中产生的变形为4.0～6.0 m的变化比较显著,但当深度超过6.0 m的之后,产生的沉降量就几乎相等,而且在不同夯击能量以及在不同夯击次数下,其最终的下沉位移在5.5 m处都为5.0～7.0 cm,因此这4种夯击能量在红砂岩碎石土高填方路基中的有效加固深度基本上都在4.0～6.0 m之间。这些试验成果可为以后同种条件下的山区公路加固提供参考。     

强夯作用下土体加固效果研究

强夯法具有操作简单、施工周期短、工艺简单等特点，已在国内外得到广泛应用。为进一步研究强夯法加固地基土效果，利用有限元软件模拟强夯施工过程，考虑夯锤及地基土弹塑性本构关系，分析了在不同的夯击能下，土体的竖向位移、动应力、速度、土体塑性区域变化规律。得出如下结论：(1)在冲击荷载下，土体发生弹塑性变形，土体塑性变形主要从夯锤向下呈一定角度扩散，呈苹果形分布，随着夯击时间增加，塑性变形区域也在逐渐增大；(2)土体竖向位移及动应力随深度逐渐衰减且在空间上呈椭圆形分布；(3)随着夯击能增加，土体加固效果也越好。     

强夯法在皖江软土路基处理中的应用

软土路基因其土层分布复杂,物理力学性质差异较大,加固路基土体成为市政道路处理的迫切需要。依托皖江城市带市政道路处理工程,分析了各遍强夯下的加速度效应及夯坑沉降规律,并用荷载试验评价了强夯路基的处理效果。研究结果表明,峰值加速度受夯点距离的影响,在近距离处峰值加速度较大,且衰减较快;随着距离的增大,其值逐渐减小,且衰减量较小,地表加固距离大约为30m,竖直方向加固深度为6m左右;夯击次数对夯沉量有重要影响,超过一定击数后,土体得不到加固;荷载试验得到了路基承载力特征值120k Pa,超过了其设计承载力特征值。     

强夯加固粉土地基地面振动衰减规律研究

为研究强夯加固粉土地基地面振动衰减规律并确定强夯影响范围,依托济南-东营高速公路工程,对不同夯击能强夯加固粉土地基地面振动的速度幅值及振动频谱进行了现场测试,并基于测试数据通过量纲分析推导了强夯加固粉土地基地面振动衰减规律的计算公式。研究表明:(1)地面振动速度随距离增加呈现出不同的衰减区;(2)单击夯击能越大,强夯施工对邻近环境不利影响的范围越大,单击夯击能相同时夯击次数越多,对邻近环境影响范围越大;(3)地面振动衰减与夯击能和夯锤面积相关,随夯检距离呈负幂函数衰减,量纲分析推导出粉土地基地面振动衰减公式,经验证是合理的。     

黄泛区软弱夹层结构地基强夯现场试验

为探究黄泛区软弱夹层地层条件下强夯加固效果,采用4种不同的夯击能在鲁西黄泛平原区进行现场试验,研究了强夯过程中软弱夹层的夯沉量、超孔隙水压力以及强夯前后地基承载力、土质力学性质变化规律。结果表明:超孔隙水压力消散速率非常快,24 h后超孔隙水压力消散90%;强夯加固效果显著,地基承载力最大可提高80%;选择单夯1 800 kN·m夯击能加固经济合理,夯后土体物理性质明显提高;对于黄泛区含有软弱夹层地层结构,可用超孔隙水压力为自重应力10%估算强夯有效加固深度,有效加固深度约为7 m;对比不同夯击能下Menard加固深度公式,在一般夯击能条件下,实际加固深度与Menard加固深度较为接近,在较大夯击能下,Menard公式并不适用;所得结论对该区域地基加固有一定的指导作用。     

强夯法处理填土地基试验研究

通过对强夯加固填土进行现场试验研究,分析了强夯加固前后地基的物理力学特性和不同夯击能下强夯有效加固深度。得出强夯加固地基存在盲区（距地表50cm左右）,且强夯影响深度可大致分为高加密区、中加密区和低加密区。有效加固深度随夯击能增加而增大,有效加固深度为锤底直径的2．5倍左右。     

模拟路基动力响应的原位激振试验研究

动荷载下路基动力响应规律是研究路基长期动力稳定性的基础。采用自行研制的分离式变频激振器,开展铁路路基动力响应的模型试验,研究不同激振频率、动载水平下铁路路基本体的动力响应规律,掌握石灰改良土+粉质黏土填筑的铁路路基本体的共振频率约为25 Hz,路基表层的振动加速度、动应力随着激振频率的增加而显著增大;弄清了振动加速度、动应力沿深度和水平方向的变化规律,两者在主要影响深度1.5 m处已衰减90%,表明其沿深度方向的衰减速度较无砟轨道路基情况下快,而两者沿水平方向的变化受到应力扩散效应的影响,在浅层水平面会迅速衰减,而一定深度(0.7 m)处反而比较稳定,反映了路基动力响应的空间变化特征。     

粉质粘土路基冲击压实动力响应数值模拟研究

依托实际工程,应用有限差分软件FLAC 3D分层建立高速公路粉质粘土路段路基模型;通过在路基模型顶面施加1次动力荷载和施加不同次数动力荷载,对路基模型的动力响应进行数值模拟分析,研究了冲击作用下动应力、竖向位移沿深度和径向距离的变化规律。结果表明:冲击轮冲击路基表面破坏土体结构,从而使路基土体密实,冲击碾压加固路基效果显著;土体中加固区近似为椭球体,其剖面为椭圆形;土体中动应力、竖向位移沿径向的衰减速度大于竖向的衰减速度,径向的影响宽度小于竖向影响深度;当冲击压路机保持正常的工作速度12 km·h^-1,路基填筑高度为1 m时,冲击碾压次数宜在20次左右。     

冲击作用下地基内部动应力研究——强夯冲击的动应力研究之二

强夯时锤-土接触面和地基内的应力受到众多因素影响,精确求解较为困难,可行的途径是采用近似和简化方法来估算。本文在系统总结既有地基内冲击应力计算公式的基础上,对冲击时地基内部动应力的数值分析和实测结果进行了拟合,并对理论公式进行了比较。结果表明,强夯冲击动应力沿深度的衰减略快于静载下的应力分布,且不同方法得到的值差别较大。     

高能级强夯室内模型试验研究

基于相似理论,自行设计了室内模型试验装置,利用该装置对3000kN.m8、000kN.m和10000kN.m能级强夯开展了室内模型试验研究。研究结果表明：强夯的动应力在锤底有变化,夯锤两侧的动应力几乎为零。随着夯击次数的增加,在锤底浅层土体形成应力集中层,在该集中层上,动应力的增幅较为明显;动应力随着深度的增加而衰减,...     

强夯的物质点法模拟及其能量转化规律分析

提出大应力范围内的密度相关土体本构模型,适用于分析强夯等作用下的土体变形问题。对刚柔接触算法进行了修正,用物质点法结合提出的本构模拟了强夯过程。与其他数值模拟将荷载假设为三角形应力波作为输入荷载不同,通过输入夯锤与土体的碰撞速度实现加载。模拟结果与承德机场4标段某处试验数据进行了对照,吻合较好。提出强夯过程中的能量转化率的概念,对能量转化的规律进行了研究,为研究强夯问题提供了新视角。模拟分析表明,能量转化率的提高不总意味着每击夯沉量的提高,因为能量在较大范围的扩散可能导致高能量转化率下的低夯沉量;剪切变形过程中吸收较多的塑性应变能,可能会使体积压缩变形吸收的塑性应变能向局部集中。通过数值模拟还发现,重锤低落时的能量转化率高于轻锤高落,一般可产生更大的夯沉量。     

砂土地基强夯地面变形与加固深度的半模试验研究

在量纲分析的基础上,利用尺寸50cm×40cm×60cm(长×宽×高)的玻璃模型箱,采用3种不同干重度的砂土,对之施加4种不同能量的冲击能,观测了不同的夯击能作用时夯点下的地面变形与中心点下不同深度的竖向位移,拟合了位移—深度关系,建立了夯坑深度和有效加固深度与土质参数及施工工艺参数之间无量纲的相关方程,并用工程实例对方程进行了验证。结果表明:方程可有效地定量分析强夯时的夯坑深度和有效加固深度,对强夯法的设计与施工具有一定的指导意义。     

强夯作用下接触应力与土体竖向位移计算

针对钱家欢加卸载弹性模型中强夯冲击应力在加荷阶段应力偏大,卸荷阶段应力函数形式复杂的不足,对应力峰值进行修正和对应力函数进行改进,即将复杂的分段函数形式转化为标准的正弦函数形式。而且,根据动力分析中应力边界与速度边界之间的关系,将应力边界时程转化为速度边界时程,并将正弦荷载函数引入,推导出一种计算土体竖向位移的简化计算方法。工程实例表明,该法形式简单、使用方便,计算结果很接近实测位移。更多还原     

接触非线性对土-结构动力相互作用的影响

动力接触非线性是土-结构动力相互作用研究的难点之一。分析土-结构动力相互作用的接触条件和接触状态,构建法向接触单元和切向接触单元模拟土-结构动力相互作用的接触非线性。建立数值模型,分析土-结构在水平加速度波作用下的响应。结果表明,叠加法向接触单元和切向接触单元可以有效模拟土-结构动力相互作用的接触非线性。在水平加速度波作用下,分析土-结构的相互作用而不考虑接触的分析性对基底的竖向应力影响不大,但是会低估基底的水平应力。