强夯加固砂土地基模型试验研究

在一侧可观测砂土位移的模型箱内开展室内强夯模型试验.重点研究了砂土地基在不同强夯能级作用下的地表夯坑变化、动应力响应特性、动应力衰减规律,同时通过对比强夯作用前后砂土地基不同深度处彩砂的位置变化,分析了强夯后砂土地基内部位移的发展规律及分布情况.试验结果表明：适用于砂土地基的最佳夯击能为6000 kN·m,夯击能2000、4000、6000、8000 kN·m对应的最佳单点夯击次数分别为15、14、12、12次.强夯对砂土的加固是一个自上而下的过程,浅层需要较少的次数即可密实,深处土体需要夯击次数的提升和夯击能的提升才能更好密实.     

强夯作用下边坡动力响应模型试验和数值模拟

针对坡顶强夯动力作用下边坡地基加固机理问题,开展了室内模型试验和数值模拟研究。在试验中控制锤重和落距,分组测试在强夯过程中天然边坡的变形特性和动力响应特性,结合夯击塑性区概念解释强夯过程中的加速度变化机理,并结合数值模拟对试验结果进行进一步讨论。结果表明：夯击落点中心形成椭圆形有效加固区域,夯击对土体振动的有效影响半径小于3倍锤径;夯沉量与加速度值在最初3次夯击后趋于稳定;在相同强夯能级下,锤重对夯击点夯沉量的影响较落距更为显著,即“重锤低落”优于“轻锤高落”;坡顶夯击主要影响坡顶安全性,造成坡顶和坡中的水平位移显著增加,对坡脚影响较小。研究成果可为边坡地基加固方案设计及施工工艺控制提供参考依据。     

液压强夯法补强黄土路基压实质量控制方法

为提出一种黄土路基施工时不同深度处压实质量实时监测方法,依托黄延(黄陵—延安)高速公路扩能工程,首先引入液压加力系数,建立液压强夯法的夯击模型,进行液压强夯法补强黄土路基的室内足尺模型试验研究。考虑液压夯实机的夯锤落距和夯击次数对路基压实度的影响,通过在夯锤顶面中心处布置加速度传感器并在补强结束后分层开挖路基,获取夯锤单击峰值加速度和路基的分层沉降量,分析不同工况下夯锤峰值加速度与表层土体沉降量之间的关系,以土体分层沉降量达到表层土体沉降量5%处的路基深度为研究对象,通过线性内插法和回归分析法,分析不同工况下液压强夯法补强黄土路基的有效加固深度,确定路基分层压实度与夯锤峰值加速度的关系式。研究结果表明:夯锤峰值加速度与表层土体沉降量均随夯击次数和夯锤落距的增加而增加,在夯击次数达到6击和7击以上时,其增长趋势都显著放缓,从定性上说明夯锤峰值加速度可以实时反映路基的压实质量;液压夯实机有效加固深度受夯锤落距的影响较夯击次数大,当夯击次数达到12击时,对应夯锤落距为2.2、1.6、0.7 m的有效加固深度分别为1.49、1.18、1.10 m;考虑有效加固深度范围,定量说明不同工况下夯锤峰值加速度与路基分层压实度间存在二次函数关系,将路基分层压实度按填筑深度加权平均得到了路基的平均压实度。     

Model Test Study on Impact Parameters'Influence on Tamping Effect

为了研究强夯法的加固机理和强夯过程中土体的变形规律,专门设计了半模试验箱和用于测试动应力的微型土压力盒,采用半圆形夯锤,进行强夯法加固粉土地基室内模型试验.分析夯击次数、落距、能级和锤径等参数变化时,土体内部动应力和位移的变化规律,研究各种参数变化对强夯加固效果的影响.试验结果表明:在能级一定时,单击夯沉量和影响深度随着夯击次数的增加而逐渐减小,累积夯沉量和影响深度随着夯击次数的增加而逐渐增加;在不同能级作用下,随着落距的增大,影响深度总体是在不断地减小;夯坑深度和影响深度都随着能级的增加而逐渐增大,影响深度与夯坑深度比值介于3～4之间;影响深度随着锤径的增大而减小,影响宽度则随着锤径的减小而有所增大.     

强夯参数对夯击效果影响的室内模型试验研究

为了研究强夯法的加固机理和强夯过程中土体的变形规律,专门设计了半模试验箱和用于测试动应力的微型土压力盒,采用半圆形夯锤,进行强夯法加固粉土地基室内模型试验.分析夯击次数、落距、能级和锤径等参数变化时,土体内部动应力和位移的变化规律,研究各种参数变化对强夯加固效果的影响.试验结果表明:在能级一定时,单击夯沉量和影响深度随着夯击次数的增加而逐渐减小,累积夯沉量和影响深度随着夯击次数的增加而逐渐增加;在不同能级作用下,随着落距的增大,影响深度总体是在不断地减小;夯坑深度和影响深度都随着能级的增加而逐渐增大,影响深度与夯坑深度比值介于3～4之间;影响深度随着锤径的增大而减小,影响宽度则随着锤径的减小而有所增大.     

基于瑞雷波法的土石混合料强夯加固深度试验研究

为了分析能级和夯击次数对土体有效加固深度的影响,依托西部某土石混合料高填方路堤强夯加固工程,结合强夯法在某高填方路堤回填加固中的应用,借助瑞雷波法测定夯实深度,进行了颗粒级配、颗粒密度、标准击实等土工试验,分析了填料的工程性质。结果表明:4 000,5 000和6 000 kN·m三种强夯标准处理所获得的竖向有效加固深度分别为8,9和10 m,最佳夯击次数分别为11,8和6次,土体浅层2 m以内因受夯击能量过大而振松,密实度反而降低,研究成果为优化土石混合料高填方路堤的强夯设计提供了参考依据。     

土石混合填料强夯过程三维离散元模拟

传统强夯数值模型多针对单一类型填料,并不适用于利用强夯法加固土石混合料的情况.为此,基于PFC3D软件,首先建立了强夯颗粒流模型,通过开展强夯现场试验验证了数值模型的适用性.然后,利用建立的强夯数值模型,对夯锤位移时程特性、夯沉量发展规律及土体塑性区特征展开研究.研究结果表明,强夯过程会经历一次反弹阶段,随着夯击次数的增加反弹量增加;提出了夯沉比的修正计算方法,可以用来评价强夯单次夯击效率和确定最佳夯击次数;土体塑性区呈竖向深度大于横向的椭圆形;此次强夯最佳夯击次数为7次,有效加固深度约为3.0 m.研究结果可以为同类工程及规范的完善提供参考.     

公路拓宽地基强夯振动传播规律研究

利用FLAC 3D数值计算软件,建立了强夯振动的有限差分模型,分析了路侧地基强夯振动在公路路基、路面中的传播规律。以关键测点的振动加速度与锤底土动压力值作为分析指标,分析了夯锤落距(锤重)、夯锤直径对路基、地基的振动和地基加固效果的影响规律。通过公路拓宽室内模型试验,验证了数值分析的可靠性。结果表明,在1 500 k N·m夯击能下,采用6 m的夯锤落距(对应夯锤锤重为25 t)、1.5 m或2.0 m夯锤直径可以获得理想地基加固效果,且对周边环境振动影响最小;路基坡脚处强夯振动加速度较平面地形衰减更为显著;路面结构中振动加速度总体呈现快速衰减趋势,内侧加速度最大值为3.9 m/s2,路面基层、底基层内的强夯振动加速度基本一致,均小于面层的振动加速度。     

基于强夯大变形的地基流固动力耦合分析

根据流固动力耦合方法分析强夯加固地基机理,在土体的应变位移关系上采用大变形假设,建立土体非线性动力平衡方程和整体流固动力耦合方程.在算例数值分析中给出了地基位移、孔隙压力在强夯作用时间内和空间中的变化分布规律,得到了夯锤的最大夯沉量,计算了夯击后地基孔隙压力的消散行为,计算结果与济南绕城高速公路强夯法施工现场的测试结果较符合.     

强夯法研究现状分析

在对强夯法简要介绍的基础上,文章从有效加固深度、振动环境分析、数值模拟、强夯时夯锤跟土体之间的接触应力和土中的应力分布、强夯前后土体的性状变化等方面对强夯法的研究现状进行了分析总结,首次对强夯的冲击特性、强夯时被加固土体的性状、夯锤跟土体的作用时间、土体服从的本构模型以及波动能量等方面进行了总结,最后讨论了强夯的研究方向.     

重夯法处理Ⅱ级非自重湿陷性黄土的应用

阐述了重夯的作用机理,并结合山西省山阴至平鲁(晋蒙界)高速公路第二合同段(Ⅱ级非自重湿陷性黄土填方路段),通过现场选点试夯采集数据,分析了夯沉量和重夯前后压实度的检测结果,表明对于Ⅱ级非自重湿陷性黄土地基采用重夯法进行加固处理时,最佳的夯击次数是5次,其有效的夯实深度在4m,在该有效的深度范围内压实度均提高到92%以上,地基强度得到了提高,对于防止工后沉降有显著的效果.     

高能级强夯黄土地基振动衰减规律模型试验研究

为研究高能级强夯黄土地基的振动传播衰减规律,基于室内模型试验,通过布设竖直向、水平向及对角向三条测线,分别研究了夯击次数、含水率、夯击能、落距和锤径等参数变化对高能级强夯黄土地基的振动影响,并结合甘肃庆阳黄土高能级强夯加固项目现场振动测试结果,对比验证了室内模型的可靠性。研究结果表明：对于黄土地区,当达到一定夯击次数时,继续增加夯击次数无法进一步提升强夯加固效果,可根据所测得的振动加速度最大值判断最小振动安全距离,在计算振动安全距离时只需采用地表上的振动加速度;地基土含水率的改变对振动加速度的影响较小,当含水率为最佳含水率时,振动加速度峰值较其它含水率地基略高,衰减幅度略大,加固范围略广;能级的改变对振动加速度的变化影响较大,能级越大,振动越强烈,影响范围越广;“轻锤高落”与“重锤低落”产生的振动衰减速率相近,但“重锤低落”加固深度更深,影响范围更广,实际工程应优选“重锤低落”;相较于小锤径夯锤,采用大锤径夯锤的加固深度稍浅,地表振动影响范围更广,实际工程应优选小锤径夯锤;模型试验与现场监测数据拟合的振动加速度衰减曲线可较好的衔接,证明了室内试验结果的可靠性。     

红砂岩粗颗粒土满夯冲击能量消耗研究

利用室内击实仪模拟满夯,研究红砂岩粗颗粒土在满夯作用下的土体对能量吸收和土体的加固效果,满夯锤印搭接变化和间隔满夯与搭接满夯方式对土体吸收夯击能和满夯效果的影响。文中通过研究0,1/4,1/2三种搭接锤径下的满夯土体沉降和1/4锤径下搭接满夯与间隔满夯的沉降差值对比。研究红砂岩粗颗粒土满夯冲击能量消耗规律得出相关结论,通过结论对满夯施工提供参考意见同时提出新的带解决的实际问题。     

夯扩灰土挤密桩荷载传递规律及沉降分析

通过非线性有限元分析,在灰土桩顶部逐级施加荷载模拟了夯扩灰土挤密桩单桩复合地基的实际工况。对夯扩灰土挤密桩荷载沿深度方向的传递规律及沿桩体径向的土压力分布规律和夯扩挤密桩的沉降变化规律进行了分析研究,得出夯扩挤密桩的有效加固范围和土压力沿桩体径向呈钟型分布的规律等结论。     

挤密桩夯填过程的塑性分析

挤密桩夯填过程中,土体的塑性变形分析多采用Mohr-Coulomb强度准则,未考虑中间主应力的影响。为了全面考虑土体的三向应力状态,采用统一强度理论和厚壁圆筒理论,对挤密桩夯填施工阶段的受力状态进行了分析,得出了土体夯填塑性影响比例半径计算公式的统一解,散体模型和理想弹塑性模型公式为其特例。该公式适用于不同土体材料夯实塑性影响区的计算,可以用于分析夯实土体所需能量,从而确定重锤的质量、落距以及夯击次数。     

红砂岩土在四点冲击荷载下的冲击试验分析

为研究四点冲击荷载作用下红砂岩土的加固作用效应,改装手动击实仪,拆卸冲击锤固定装置,使冲击锤落距可以自主选择,对红砂岩土进行击实试验。根据试验得出的四点冲击荷载下4个冲击点所围成的正方形土柱的密度和抗剪强度的变化趋势,以及3个土层平均密度的变化,探索红砂岩土中能量的传递规律。结果表明:密度沿深度先变大后变小,距离夯点越近密度越大;抗剪强度随落距增长而增长,使其增长的主要原因是黏聚力;总冲击能持续增大到一定程度时,土体在上、下层面的平均密度的值存在一个转折点,3层土体的平均密度的变化最终将趋于一条直线。     

细砂路基碾压密实的颗粒流模拟与试验验证

利用PFC2D软件建立了模拟细砂路基密实过程的颗粒流模型,研究了碾压方式、静碾作用力大小、振动碾压遍数对细砂密实情况的影响,并通过现场试验进行了验证.结果表明,细砂的碾压机理主要包括颗粒挤密和长轴定向;静碾作用下,细砂孔隙率减小值沿深度方向无明显差异,且颗粒长轴的方向性改变不显著;振动碾压时,细砂上部孔隙率的减小较静碾更为明显,且颗粒长轴与水平方向夹角小于30°的颗粒数量增加了33.3%;增加振动碾压遍数可使细砂上部的孔隙率进一步减小,但5遍后增加振碾次数对密实度的提升效果不再明显;模拟结果与现场试验结果较为吻合,颗粒流模拟结果可供实践参考.     

冲击荷载作用下地基土变形及动力特性

为研究冲击荷载作用下地基土变形及动力特性,在ABAQUS框架内,采用Mohr-Coulomb模型、刚体冲击荷载、非线性大变形有限元算法及ALE(arbitrary lagrangian eulerian)自适应技术,计算了变形、应力和加速度。计算与现场试验结果基本一致,验证了模型的合理性。以该模型为基础,研究了不同能级、不同冲击次数、不同土体弹模对地基土体变形、应力、速度及加速度的影响。结果表明:夯沉量、隆起高度与夯击能呈线性关系,夯沉量和弹性模量近似呈线性关系;冲击荷载作用下土体呈弹塑性变形→弹性变形逐渐恢复→仅剩塑性沉降变形;冲击能量沿40°～45°向下传递且不断衰减,在施工过程宜合理确定夯间距,分遍错位夯实,确保土体得以有效处理;竖向应力时程曲线呈近似三角形形状,仅出现一次峰值应力。     

强夯法处理湿陷性黄土路基施工研究

文章对采用强夯法处理永咸高速公路湿陷性黄土路基过程中,有关单点夯能和有效加固深度、最佳夯击能和夯击次数、夯击遍数和时间间隔、夯点距及点布置等强夯参数进行了实验研究,并对实际施工进行了总结。     

全球导航卫星系统-动态后处理技术在强夯夯沉量监测中的应用

强夯法因其经济便捷、效果显著等优点,已成为目前应用最广泛的地基处理方法.目前,中国强夯施工信息化水平较低,夯沉量的监测普遍采用人工测量,测量设备信息化程度低且精度差,难以实现对强夯数据的精准控制与信息化管理.针对目前夯沉量测量存在的痛点问题以及信息化监测的工程需求,提出基于全球导航卫星系统-动态后处理(global navigation satellite system-post processed kinematic,GNSS-PPK)的夯沉量监测技术,采用远程无线电(long range radio,LoRa)建立实时数据通信链路,事后进行高精度PPK解算的技术手段,实现对夯沉量的动态监测.遵循低功耗高精度的设计原则进行了夯沉量监测系统的软硬件设计.依照强夯施工的监测需求进行试验验证,实验结果表明:系统能够在强夯高冲击环境下实现厘米级测量,低功耗设计满足在线长期监测,为强夯施工摆脱人工测量实现信息化监测提供了新思路.