长期交通荷载作用下路基沉降的实用计算方法

目前尚没有方法能很好地预测长期不规则交通荷载引起的路基沉降变形。土在长周次微小振幅荷载作用下产生塑性变形的机理尚不清楚,现有弹塑性理论也很难描述这种变形。基于等价黏弹塑性模型的理论,提出了一个实用的预测长期交通荷载作用下路基沉降的计算方法。等价黏弹塑性模型由两部分组成:一部分为黏弹性模型,用于计算地基的动力响应,采用了Ramberg–Osgood动剪切模量公式和Hardin-Drnevich阻尼比公式;另一部分为计算残余应变的经验公式。根据动三轴试验所揭示的无黏性土在长周次循环荷载作用下的变形特点,以及移动荷载作用下路基土单元动应力过程的特点,建立了本模型中计算残余应变的经验公式。在得到各单元的残余应变后,可结合有限元方法计算得到路基的沉降。     

成都双流国际机场T2航站楼空间相贯节点极限承载力研究

以成都双流国际机场T2航站楼建设项目为背景,设计出一套空间自平衡加载装置,对工程中采用的2个复杂相贯节点进行足尺静力加载试验。在设计荷载作用下,节点处于弹性状态;在极限荷载作用下,主管发生明显变形,但节点极限承载力远高于设计荷载,失效模式表现为延性性质。同时,采用ABAQUS有限元分析软件对节点进行弹塑性非线性分析,将试验结果与计算结果进行对比分析,验证有限元模型的正确性;进一步探讨几种主管加劲肋形式对节点极限承载力的影响。研究表明,中心设置一块加劲肋最为有效,既能提高节点极限承载力,又具有较好的经济性和施工便捷性。     

三种弹塑性本构模型预测路基变形的对比研究

采用三种弹塑性模型——剑桥模型(MCC)、三维修正剑桥模型(3DMCC)和考虑各向异性的三维修正剑桥模型(ANIS-MCC),对一假想路堤进行快速加载下的固结变形有限元分析,以考察这三种模型预测结果的区别,为路基变形有限元分析时的本构模型的选取提供依据。研究结果表明,在路基未达到破坏状态以前,三种模型给出的路基变形、孔压消散的规律性基本一致;但当研究分析需要特别提高坡脚位置处地基变形预测精度时,最好采用较为复杂的能够反映土体各向异性屈服特性的模型,如ANIS-MCC模型。     

路基工程失稳-强度折减有限元反分析探讨

针对路基工程变形与失稳问题,本文提出了基于非均质弹性损伤模型的有限元失稳-强度折减反分析法,认为材料参数服从统计分布,并以此来描述材料的非均匀性。对同一计算模型,分别采用均质的弹塑性本构模型和非均质的弹性损伤本构模型,对比两种情况下的计算结果,分析了材料非均匀性对稳定性的影响。对处于岩溶地区路基工程实例进行分析,通过强度折减,再现了路基工程的破裂与失稳过程,并得出了失稳时的强度参数,对路基工程具有重要的指导意义。     

路基工程失稳—强度折减有限元反分析探讨

针对路基工程变形与失稳问题，本文提出了基于非均质弹性损伤模型的有限元失稳—强度折减反分析法，认为材料参数服从统计分布，并以此来描述材料的非均匀性。对同一计算模型，分别采用均质的弹塑性本构模型和非均质的弹性损伤本构模型，对比两种情况下的计算结果，分析了材料非均匀性对稳定性的影响。对处于岩溶地区路基工程实例进行分析，通过强度折减，再现了路基工程的破裂与失稳过程，并得出了失稳时的强度参数，对路基工程具有重要的指导意义。     

两级循环加载下路基土附加变形特性的试验研究

为研究既有路基运营变形稳定后,在新增加交通荷重情况下路基的附加变形发展趋势,基于动三轴仪,设计了两级动荷载的循环加载试验方案,在第一级动力加载变形稳定后,通过施加不同的循环荷载幅值、频率分析后续动力加载条件下路基土的附加变形。结果表明,路基土的附加变形随第二级循环荷载幅值增加显著增大,随第二级循环荷载频率的增大而减小;第一级循环荷载幅值越大或频率越低,第二级循环荷载作用下路基土的附加变形越小。路基土经历第一级循环荷载作用变形稳定后,再次受更大幅值水平的第二级循环荷载作用,由此产生的新的附加变形较第一级循环荷载引起的塑性变形小许多。试验结果为路基永久变形计算和评估提供了数据基础。     

路基永久变形对水泥混凝土路面的影响分析

采用由室内反复加载三轴试验建立的路基土永久变形预估模型,计算了典型土组路基永久变形的量值。分析表明,随着路基回弹模量的提高,其永久变形也逐渐减小;路基永久变形在空间上呈垂球面形,在模拟计算中,可采用抛物线或正弦曲线进行拟合。将路基永久变形作为初始条件赋予相应节点,建立考虑不均匀支撑条件的路面结构分析模型,并对不同荷位下路面结构的荷载响应和疲劳寿命进行分析。结果表明,路基变形对柔性基层路面荷载应力和疲劳寿命的影响均十分显著,因此柔性基层不适宜用于重交通和特重交通路面中;对于半刚性基层路面,当路基回弹模量达到40 MPa时,路基永久变形对路面荷载应力和疲劳寿命的影响均较弱,因此建议在路面结构设计中可予以忽略。     

单层网壳的结构分析与设计

单层网壳设计中最重要的是稳定性分析.弹性计算分析确定杆件截面,然后采用有限元分析方法进行模态屈曲分析,取得屈曲荷载值.根据初始缺陷、材料的弹塑性及几何非线性的影响进行荷载位移全过程分析,得出网壳的极限荷载.对单层网壳稳定性影响较大的是非线性因素.     

交通荷载作用下软粘土路基沉降有限元分析

通过应用Biot动力固结有限元程序对交通荷载作用下软土路基条件下的沉降进行了有限元模拟,揭示了沉降过程中软土的动力固结规律,得出了比较接近实测值的计算结果,对于指导路基施工具有一定的意义。     

特定地质环境下地基土体固结沉降研究

通过利用ADINA有限元数值计算分析软件的平面应变模块,对研究区域的成层地基土在常规水位下的一维固结沉降与在异常超高水位下的地基土体的变形进行对比研究;并将数值计算结果与结构变形破坏后的现场测量结果进行对比分析研究;在数值计算中,对地下水浮力采用以基础底压力的形式向上加载到基础底面,并与上部结构的自重荷载相向作用于地基土体结构。     

路基沉降不确定性预测研究

路基沉降计算和预测是工程建设中一个重要的课题,但是很多情况下理论计算的沉降量与实际沉降量有较大的出入。所以必须对路基沉降进行监测,根据实测数据控制填土速率,保证路堤在施工中的安全与稳定;根据实测沉降曲线预测工后沉降,使工后沉降控制在设计允许范围之内。但沉降预测模型的参数是不确定的,用概率和概率分布去描述更加合适,将模型参数视为随机变量,基于贝叶斯理论和MCMC方法,借助WinBUGS软件,建立了贝叶斯沉降时间序列不确定性预测模型。实例分析表明,该方法所得结果合理可信,将其应用于路基沉降预测是可行和值得研究的。     

基于改进CM模型的土石坝三维弹塑性地震反应分析

基于交变移动性（CM）模型,引入饱和度作为状态变量,给出了改进的土体塑性势面方程、屈服方程和协调方程,推导了新的硬化参量计算公式,发展了可连续描述非饱和与饱和土体静动力学特性的弹塑性本构模型。通过转换应力法,将模型从试验应力状态拓展到一般应力状态,使得本构模型可用于复杂三维河谷场地上修建的土石坝的弹塑性地震反应分析。数值模拟了汶川地震中典型震损土石坝的震害过程,模拟结果与实际震害吻合较好。对比研究了输入地震动强度对土石坝弹塑性地震反应分析结果的影响,结果表明土体的弹塑性特性对坝-基动力相互作用有着较大影响。     

3D numerical study of the performance of geosynthetic-reinforced and pile-supported embankments

Geosynthetic-reinforced and pile-supported (GRPS) systems provide an economic and effective solution for embankments. The load transfer mechanisms are tridimensional ones and depend on the interaction between linked elements, such as piles, soil, and geosynthetics. This paper presents an extensive parametric study using three-dimensional numerical calculations for geosynthetic-reinforced and pile-supported embankments. The numerical analysis is conducted for both cohesive and non-cohesive embankment soils to emphasize the fill soil cohesion effect on the load and settlement efficacy of GRPS embankments. The influence of the embankment height, soft ground elastic modulus, improvement area ratio, geosynthetic tensile stiffness and fill soil properties are also investigated on the arching efficacy, GR membrane efficacy, differential settlement, geosynthetic tension, and settlement reduction performance. The numerical results indicated that the GRPS system shows a good performance for reducing the embankment settlements. The ratio of the embankment height to the pile spacing, subsoil stiffness, and fill soil properties are the most important design parameters to be considered in a GRPS design. The results also suggested that the fill soil cohesion strengthens the soil arching effect, and increases the loading efficacy. However, the soil arching mobilization is not necessarily at the peak state but could be reached at the critical state. Finally, the geosynthetic strains are not uniform along the geosynthetic, and the maximum geosynthetic strain occurs at the pile edge. The geosynthetic deformed shape is a curve that is closer to a circular shape than a parabolic one.     

沿海滩涂软土路基堆载预压沉降变形特征与卸载时机研究

沉降变形与卸载标准是铁路路基堆载预压的主要问题。针对处于沿海滩涂软土路基之上的铁路专用线,采用插塑板与堆载预压相结合的方案进行地基处理,开展了大量的表层沉降、孔隙水压力、分层沉降等观测项目。据实测资料,总结分析了路基表面的沉降规律,并考虑了路基分层沉降与孔隙水压力的变化规律,全面地揭示了整个路基地层的沉降变化特征,运用双曲线合理地预测了工后沉降,且推算出路基整体的固结度,采用工后沉降与地基固结度建立卸载时机判别标准。为堆载预压的卸载时机判别标准研究提供了一种新的思路。     

台华高速公路路堤失稳原因分析与对策

台华高速公路采用干振碎石桩进行软土地基处理,在路堤填筑过程中发生了地基失稳滑移.通过数值方法对路堤填筑过程中地基沉降、超静孔隙水压力及地基塑性区的发展变化进行了模拟计算,并结合现场补勘数据,分析了引起路堤失稳滑移的原因.在此基础上,提出刚性桩地基处理加固方案.数值计算及现场勘查结果表明,在强度较低的软土中采用干振碎石桩进行地基处理是不成功的,施工不仅没有形成完整的碎石桩体,还因扰动降低了原状地基土强度,路堤填筑速度过快则直接导致了地基滑移破坏;当采用刚性桩加固软基时,桩间土仅承担小部分路堤荷载,而大部分路堤荷载由桩承担并传递给深层承载力较高的土层,因此路堤的稳定性高、沉降小,可实现快速填筑.数值分析及现场刚性桩试验段测试结果均表明：刚性桩方案可以满足路堤填筑要求.     

海滩软土路基的固结变形分析

本文用三种应力应变模式,即变弹性模式、剑桥模式和本文第一作者建议的双屈服面模式(简称南水模式)计算了福建省厦门东渡港区一路堤软基在施工填筑期间及堤顶加载试验期间的沉降、水平位移及孔隙水压力分布。通过计算结果与原体观测结果的对比可得到以下结论:南水模式估计的体积变形和形状变形比较适中,计算的沉降和水平位移均比其它两种模式更符合实际。计算结果还表明砂井加固有明显效果。利用现代计算技术进行软土工程设计,本文提供一个很好的经验。     

基于监测数据的加筋高填路堤分层填筑变形特性分析

在高填路堤建设中,铺设土工格栅对沉降的影响一直是关注热点之一。结合云罗高速公路高填路堤建设,本文采用数值方法模拟了分层填筑路堤施工过程的沉降规律,并结合监测数据,探讨了高填路堤加筋土在沉降控制方面的基本规律。结果表明:高填路堤填土过程中,土工格栅使土体位移重新分布。水平位移和垂直位移均减小了,这在一定程度上防止了不均匀沉降,且土工格栅对水平位移的影响随着填土厚度的增加而加大。同时,在典型路堤加筋土分层填筑过程中,单向土工格栅降低水平位移幅度为8.74%,而降低沉降幅度为3.82%。在分层填筑过程中,筋材有效地控制了路堤的不均匀沉降,使路堤最大沉降值降低,且监测点的水平位移最大降幅分别为8.62%、8.38%和4.16%。     

Prediction of embankment behavior of regulating reservoir with foundation improved by vacuum consolidation method

The present paper addresses the numerical prediction of the behavior of a ground and a reservoir dyke with a retaining wall at the site of a regulating reservoir whose soft soil foundation is improved by using both the usual embankment preloading and vacuum consolidation. To evaluate the settlement, the lateral deformation, and the dissipation of pore pressure during vacuum preloading, a numerical analysis using an elasto-plastic FEM for soil–water coupled problems, incorporating the SYS Cam-clay model, is carried out in two dimensions. However, a change in the soil parameters during the vacuum preloading leads to a less accurate computation. To account for the uncertainties in the input parameters of the constitutive model for the improved ground, an inverse analysis approach is adopted. The particle filter is used to identify the compression index of the clay layers and the coefficient of permeability of the organic soil layer based on the measured settlement at the bottom of the preloading embankment during the vacuum consolidation. The reservoir dyke with a retaining wall is constructed on an improved foundation after removing the preloading embankment, and an attempt is made to predict its performance after construction by an elasto-plastic FEM for soil–water coupled problems using the identified parameters.     

深厚软基高速公路拓宽新老路堤相互作用分析

深厚软基上的高速公路拓宽时,新老路堤之间存在复杂的相互作用.本文采用数值方法分析了拓宽时间对新老路堤差异沉降、路面面层应力及路面横坡比的影响.研究结果表明:深厚软基高速公路拓宽前,老路堤的沉降随着时间逐渐增大,最后趋于稳定;软土渗透系数小,因此拓宽前老路堤运行时间越久,软基中的超静孔隙水压力消散越充分,拓宽路堤对老路堤...     

由单桩载荷试验推算群桩沉降的相互作用系数法

传统的相互作用系数法只能计算群桩的弹性沉降,且所得相互作用系数也明显偏大。采用三维数值方法拟合单桩荷载–沉降曲线,通过弹性及弹塑性分析确定土的弹性参数和桩–土弹塑性接触面参数;由此建立双桩模型,计算分析了桩顶荷载水平、桩距径比、桩端土–桩周土模量比、桩–土模量比、桩长径比、桩–桩之间存在第三桩等因素对相互作用系数的影响,并利用多项式回归拟合;根据数值分析及实测结果,提出了在相互作用系数法中利用单桩载荷曲线分析群桩线弹性和非线性沉降的方法,将相互作用系数法扩展至群桩沉降的非线性计算上。算例分析表明:计算结果与实测值吻合较好;较常规的数值模拟,节省了大量的运算机时,可用于大规模的较大桩距桩筏基础的分析计算。