短芯劲芯水泥土桩承载路堤失稳破坏模型试验

在劲芯水泥土桩承载路堤的工程应用中,芯桩比外桩短的情况比较普遍。但是,人们对短芯劲芯水泥土桩承载路堤的桩体破坏模式和失稳破坏机理的认识较为欠缺,无法合理评价路堤的稳定性。鉴于此,本文通过室内模型试验,开展短芯劲芯水泥土桩承载路堤失稳破坏模式研究。通过监测芯桩导电通路变化、芯桩桩身应变和桩土竖向应力,并结合PIV技术,综合分析桩体渐进式破坏模式和路堤整体失稳规律。研究结果表明,在路堤顶面下,荷载主要由芯桩承担,并随着超载增加,芯桩外桩荷载分担作用减小,但路堤失稳后芯桩仍具有一定荷载分担作用。在路堤失稳破坏过程中,路堤下桩体表现出受压破坏且芯桩底部局部鼓胀破坏,坡面下桩体表现出压弯和拉弯破坏模式,地基滑动面并不完全穿过桩体破坏位置。     

劲芯水泥土复合桩的作用机理及使用效果分析

劲芯水泥土复合桩是一种新型的地基处理和基坑支护复合桩.本文对该新型桩的构造和作用机理作了较深入的研究,并通过对几个典型工程的使用效果分析证明该桩在软土地区的多层和小高层建筑中具有广阔的使用前景.     

劲芯水泥土桩复合地基工程性能数值分析

劲芯水泥土桩是在水泥土桩成桩后, 将小直径的混凝土芯桩插入水泥土桩中, 形成一种混凝土芯与水泥土共同工作的新型复合材料桩, 特别适用于深厚软土地区的路基处理工程。目前针对劲芯水泥土桩复合地基的研究大多集中在刚性基础下单桩或单桩复合地基的工程性能, 对于其在柔性基础下的力学特性研究成果较少。本文采用有限单元法研究了路堤荷载下劲芯水泥土桩的工程性能。首先, 通过与现场实测数据的对比分析验证了模型的可靠性, 而后基于验证后的数值分析模型, 开展了路堤荷载下劲芯水泥土桩复合地基工程性能相关影响因素的研究, 包括芯长比、含芯率和桩间距。研究发现, 增大芯长比、减小桩间距能够有效减小地基沉降, 并在一定程度上增大荷载分担比。本文的研究成果对于劲芯水泥土桩的工程应用具有一定的指导价值。     

循环荷载下楔形劲芯水泥土复合桩工作特性试验研究

楔形劲芯水泥土复合桩作为一种新型组合桩,为探究其在公路、铁路等长期承受循环荷载下工程应用的工作性状,对4根不同桩芯楔角、静荷载比和循环荷载比的复合桩进行模型试验,研究了静载极限承载力及循环荷载下累计沉降、桩身轴力分布、桩端阻力和侧摩阻力。试验结果表明：静载作用下楔形内芯复合桩的承载能力要优于等截面内芯复合桩;复合桩累计沉降会随着静荷载比和循环荷载比的增大而增大,并在不同动静荷载组合下可分为稳定型、发展型和破坏型3种类型,同时给出满足各类型的荷载取值范围;芯桩与水泥土外桩之间的相互作用并未发生明显弱化现象,楔形芯桩复合桩能充分发挥桩侧上部土体的侧摩阻力,并能有效减弱芯桩端部应力集中现象,因此其抵抗循环荷载的能力要优于等截面芯桩的复合桩。     

考虑龄期影响的劲芯桩混凝土-水泥土接触面强度研究

通过大型接触面剪切试验分析劲芯水泥土搅拌桩中混凝土-水泥土接触面强度随龄期的变化趋势及破坏机理。并结合水泥土抗剪试验和无侧限抗压试验结果,定性分析混凝土-水泥土接触面强度、水泥土抗剪强度及无侧限抗压试验结果之间的关系。结果表明,混凝土-水泥土接触面的破坏过程可以分为3个部分：（1）混凝土-水泥土接触面裂隙产生;（2）水泥土-混凝土接触面开始剥离;（3）水泥土-混凝土接触面完全脱离,两者之间摩擦接触。混凝土-水泥土接触面抗剪强度在养护初期内增长较为缓慢,在中后期内强度快速增长。水泥土无侧限抗压强度及抗剪强度随龄期呈较好的对数性增长趋势,并和混凝土-水泥土接触面强度存在正相关关系。     

素混凝土劲性水泥土复合桩承载机理分析

在软基中先施打半刚性水泥土类桩（M桩）,水泥未硬凝时再施打劲性桩,形成素混凝土劲性水泥土复合桩（MC桩）。结合工程实例,根据现场静载试验、应力监测及ABAQUS有限元计算结果,研究了素混凝土劲性水泥土复合桩的受力性状,分析总结了素混凝土劲性复合桩的承载机理。通过与常规劲性桩的比较表明：（1）素混凝土劲性水泥土复合桩呈现复合地基性状;（2）素混凝土桩身应力集中显著,沿深度急剧减小,至桩端接近为“0”,通过劲芯传递到侧壁和桩端的水泥土体中,增大了荷载作用于水泥土体的面积,使复合桩全长范围内的侧阻力和端阻力得到充分发挥;（3）素混凝土桩芯比常规劲性桩更能与水泥土协调匹配,不会刺入水泥土外芯的底端。     

混凝土芯水泥土搅拌桩的有限元研究

混凝土芯水泥土搅拌桩是适用于软土地基处理的一种新型复合桩 , 具有施工方便 、造价低廉 、单桩承载力高等优点 。 在静试验的基础上, 采用弹塑性有限元方法研究了该桩在竖向荷载下的力学性状 ,包括桩土和桩内外芯应力比 , 荷载的传递, 桩侧塑性区分布以及沉降特性等 。     

混凝土芯水泥土搅拌桩荷载传递机理

混凝土芯水泥土搅拌桩是一种新的地基处理方法,桩身由水泥土搅拌桩外芯和小直径预制混凝土桩内芯两部分构成,通过原位试桩资料和有限元分析方法,对混凝土芯水泥土搅拌桩荷载传递机理进行研究。研究结果表明：在竖向荷载作用下,桩内外芯以及桩周土共同承担上部荷载,桩内芯是上部荷载的主要承担者;桩土界面侧摩阻力总体趋势是沿深度方向非线性减少,内外芯界面的侧阻力沿深度方向呈反“S”型;混凝土芯水泥土搅拌桩承载特性与刚性桩相似,区别于柔性桩;可把混凝土芯水泥土搅拌桩看作纯摩擦桩。     

加芯水泥土桩复合地基桩土应力比计算方法研究

桩土应力比是研究复合地基的一项重要参数,目前的研究对象主要为常规复合地基,如搅拌桩、碎石桩等,而针对加芯水泥土桩的计算方法研究鲜有报道。从土体、水泥土及复合桩体单元变形模式出发,综合考虑桩体负摩阻力、桩顶和桩端刺入持力层的情况,分析了桩周土体、水泥土桩及复合桩体的压缩变形,导出了刚性基础下加芯水泥土桩复合地基芯桩、水泥土桩与土体3者之间的应力比的计算公式。并分析了加芯水泥土桩芯桩直径、芯桩桩长及水泥土桩桩长对桩土应力比的影响,其主要影响表现在随着加芯水泥土桩芯桩直径和桩长及水泥土桩桩长的增加,桩土应力比np亦逐渐提高。工程实例表明,计算结果与实测值具有较好的一致性,说明该方法具有一定的工程实用性,可为工程实践提供指导。     

刚性桩加固软土路基失稳破坏数值模拟

为控制路堤的整体稳定性,刚性桩现已常用于软土路基的加固。本文引入了桩体的断开机制,采用有限元软件ABAQUS对刚性桩加固软土路基的失稳破坏模式进行分析,相较于传统的数值模拟方法,体现了路堤荷载作用下,刚性桩的渐次失稳破坏过程。在此基础上,考虑桩体可能优先发生的弯曲破坏,提出将临界比例n作为判断桩体优先发生剪切破坏或弯曲破坏的临界值,并将其作为本文桩体断开机制的终止判别条件,合理地规避了数值模拟软件定量计算存在的较大误差。最后,将本文数值模拟与传统的数值模拟、等效砂桩法的数值模拟进行对比,结果反应出本文数值模拟方法的合理性与可靠性,工程上可通过增大前排桩的抗弯强度或限制桩体的水平位移,提高路堤的整体稳定性。     

Analytical modeling on consolidation of stiffened deep mixed column-reinforced soft soil under embankment

Stiffened deep mixed (SDM) column is a new ground improvement technique to improve soft soil, which can be used to increase bearing capacity, reduce deformation, and enhance stability of soft soil. This technique has been successfully adopted to support the highway and railway embankments over soft soils in China and other countries. However, there have been limited investigations on its consolidation under embankment loading. This paper developed an analytical solution for the consolidation of embankment over soft soil with SDM column in which core pile is equal to or shorter than outer DM column. The consolidation problem was simplified as a consolidation of composite soil considering the load shear effect of core pile. The developed solution was verified by a comparison with the results computed by three-dimensional (3-D) finite element analysis. A parametric study based on the derived solution was conducted to investigate influence factors—length of core pile, diameter of core pile, diameter of SDM column, modulus of DM column, and permeability coefficient of DM column—on the consolidation behavior of SDM column-supported embankment over soft soil. The developed solution was applied to a case history of SDM column-supported embankment, and a good agreement was found between the predictions and the field measurements.     

Design method for calculating settlement of stiffened deep mixed column-supported embankment over soft clay

Acta Geotechnica - As a composite column, stiffened deep mixed (SDM) column is formed by inserting a precast concrete core pile into the center of a deep mixed (DM) column. The SDM columns have...     

基于动力学和材料软化特性的边坡渐进破坏特征研究

边坡的失稳是一个从量变到质变的动态渐进破坏过程,此问题也是边坡领域研究的重点与难点之一。在考虑岩土材料软化特性和动力学求解的基础上,建立了边坡渐进破坏仿真的理论框架;利用ABAQUS软件的动力显式求解模块实现了边坡的渐进破坏仿真;根据塑性应变揭露了剪切带的扩展过程,由软化本构确定了滑面材料的分区演化规律,根据等效塑性应变确定了边坡的滑面,通过滑面位置将边坡分为滑体、滑带、滑床,并分别研究了边坡各分区内部特征点运动学变量的发展过程,从而揭示了边坡的渐进破坏过程;基于材料参数沿滑面的时空分布,利用矢量和法得到了边坡不同演化阶段的安全系数。对比该方法与Bishop法确定的滑面位置与安全系数,发现两种方法峰值和残余强度对应的安全系数比较接近,该方法搜索所得滑面位于Bishop法自动搜索的滑面之间,验证了此方法的合理性及可靠性。最后分析了材料软化特征对边坡稳定性的影响,在保持其他参数不变的条件下,增大残余黏聚力,边坡的滑面位置加深,安全系数的初始值减小,安全系数的快速减小阶段有所推迟,并且快速减小阶段经历的时间有所延长,稳定后的安全系数有所增大。保持其他参数不变,增大残余黏聚力对应的等效塑性应变阈值,边坡的滑面位置加深,安全系数的初始值减小,安全系数的快速减小阶段有所推迟,但快速减小阶段经历的时间基本不变,达到稳定的时间有所推迟,同时稳定后的安全系数略微有所增大。     

高填方残积土路堤降雨滑塌机理与治理对策

结合发生于京福高速公路南平段土地洋大桥邻近的高填方残积土路堤滑塌灾害,着重分析了高填方残积土路堤滑塌与降雨的关系。对强降雨入渗导致高填方残积土路堤滑塌机理进行了相关参数分析,结果表明,渗流主要分布在靠近原地面处,此处容易形成软弱滑动面,造成滑塌。还探讨了引起滑塌的其他潜在因素如高填方路堤填土的土质特性、压实度以及湿化变形等,并提出了整治方案,为高填方路堤的填筑设计、控制施工质量提供了依据。     

应变软化边坡渐进破坏模式及稳定性可靠度

针对现有考虑应变软化效应的边坡渐进破坏分析模型中计算假定条件不符合实际情况的不足,以三峡库区赵树岭滑坡为研究对象,考虑地下水位波动和地震力的影响,提出用于分析多场耦合条件下应变软化边坡渐进破坏模式及稳定性可靠度的方法.结果表明,地下水位波动和地震力会不同程度地影响滑坡的渐进破坏模式和破坏概率.滑坡在145 m、175 ...     

水泥土桩加固海洋土的渐进变形破坏试验与数值分析

应用一个高度非线性的三维各向异性粘弹塑性(EVP)模型及有限元法,对一水泥土桩(CDM)加固海洋土的复合地基进行数值模拟。海洋软粘土的渐进变形采用粘弹塑性模型来模拟,水泥土桩破坏前后的应力-应变关系采用一个双曲线模型来模拟,提出了一个简单且非常实用的数值分析方法来解决水泥土桩碎裂软化的数值模拟问题。将数值模拟结果与实测数据进行了比较,二者吻合较好。     

孔隙水压作用下岩样加载破坏过程的数值模拟

应用自主开发的岩石破坏过程渗流与应力耦合分析软件F-RFPA^2D，通过对孔隙水压作用下岩石试件加载破坏过程的数值模拟，研究了孔隙水压力对岩石强度、应力-应变曲线和破坏模式的影响，再现了受压试件在孔隙水压力作用下破坏过程及其逐步演变的应力场和渗流场。结果表明，孔隙水压力对岩石变形、破裂过程及其破坏模式有很大影响。     

大陆深俯冲的动力学机制：观测和模拟结果

兴都库什-帕米尔-中国西部1975～2003年期间的地震活动记录、地表地质构造和地壳速度结构数据证明,沿特提斯陆-陆碰撞带正在进行大陆深俯冲作用。帕米尔地区大陆地壳的下部物质与上地幔一起俯冲到200km 以下,而中、上地壳在不同深度上被反冲断层所剥离。帕米尔地区向南的大陆深俯冲作用限于西部恰曼左行走滑断裂和东部喀喇昆仑右行走滑断裂之间。沿深俯冲带存在上、中、下3个地震群。上地震群出现在30～50km 附近,对应于中、上地壳的反冲剥离构造作用,地震成因与长英质地壳的脆-韧转换和“二相变形”机制有关。中地震群大体出现在90～120km 深度上,与帕米尔深俯冲岩板向下由缓倾变陡的深度大体相当。下地震群的主体出现在180～220km,代表深俯冲岩板的最前端。帕米尔大陆深俯冲岩板为上宽下窄、上缓(20～30°)下陡(60～70°),转变深度在80～120km 的楔形体,深度超过200km 的走向宽度只有500～600km。在探讨大陆深俯冲的动力学过程中采用了2种模拟方法。利用考虑温度场和负浮力的二维数值模拟表明:(1)地幔对流拖曳力对俯冲深度和俯冲速度有重要控制作用,从100MPa 到20MPa 的变化将导致俯冲深度由231km 减到151km,速率由10.79mm/a 减到5.46mm/a。(2)俯冲角30°与45°相比,前者的俯冲深度要深约25～50km。(3)俯冲板块厚度越大,则俯冲深度越浅。(4)在俯冲板块的负浮力、洋脊推力为10～30MPa 及地幔对流拖曳力为100MPa 的综合作用下,陆壳俯冲实际垂向位移可达120km,最终俯冲深度达到150km,而洋壳实际垂向位移约170km,最终俯冲深度达到230km。在考虑岩石圈和软流圈相互耦合的俯冲模拟中,块体间的接触判断采用了 LDDA 方法的接触判断准则和区域分解方法求解。其特点是边界条件比较简单,并能自动实现俯冲过程中岩石圈和软流圈之间的相互作用,但需要确定研究区域不同深度和不同板块的力学参数,且计算量很大。     

深部洞室围岩分区破裂化的冲击破坏机制研究

提出了深部洞室围岩分区破裂化的冲击破坏机制。即在岩体开挖引起的围岩应力重分布过程中,径向应力波波前产生应力不连续间断面,当波前应力降满足一定条件时,产生局部冲击破坏。根据弹性动力学理论,应用位移势函数,通过Laplace变换简化计算,推导了洞室开挖瞬间围岩径向应力场的动力学理论解,得到了发生各次分区破裂化时,波前径向应力降的统一计算公式。根据质点速度、间断面压力降,由动量守恒定律推导了围岩分区破裂化的冲击本构方程和破坏准则,得到了产生冲击破坏的间断面压力降临界值计算公式。给出了分区破裂形成后各破裂区半径的表达式,关系式表明,各破裂区之间存在等比关系,其等比值为 。