强夯法控制高填方变形的离心模型试验

文章通过四个模型的离心模拟试验,对某机场强夯加固后的高填方地基土的变形沉降问题进行了模拟研究,并结合现场试验对该机场高填方地基强夯处理效果进行了综合评价。试验结果表明,由于填方土高度过大,未经强夯法处理的高填方地基的最终沉降量满足不了工程设计要求;而经过强夯处理的地基,填方土体瞬时沉降和固结沉降在施工后都能迅速完成,变形和沉降可得到控制,这说明强夯法可用于控制丘陵山区高填方地基的不均匀沉降。     

面板对加筋土挡墙影响的离心模型试验研究

加筋土挡墙因其特有的景观性能、协调变形性能而日益受到设计者青睐。面板作为加筋土挡墙的组成部分,对墙体的承载能力影响显著。针对现有设计规范无法考虑面板形式对结构自身力学变形特性的影响,设计并开展了整体式与分块式面板的离心模型试验。数据测试分析显示：整体式面板加载期的位移小于分块式面板位移;由于分块式面板位移较大,所以其水平土压力小于整体式面板土压力;加筋土挡墙面板底部存在应力集中现象;分块式面板筋-土界面的摩擦系数发挥值大于整体式面板数值,但两者均小于设计规范建议值;由于模型筋材长度较长并且连接件的存在,导致原型设计较为保守。     

拓宽方式对软土路基工程特性影响的离心模型试验

如何保持新旧路基间的变形协调是拓宽工程中普遍关注的问题,目前尚缺乏对于拓宽方式对软土路基工程特性影响的直接对比分析。本文开展离心模型试验,采用普通填料或气泡轻质土进行放坡或挡墙拓宽,分析了新旧路基变形、地基土中孔压和土压力在路基拓宽后的变化规律。试验结果表明,气泡轻质土显著减小拓宽过程中产生的孔隙水压力增量和附加应力增量。相较于边坡拓宽,挡墙拓宽方式对地基影响更小。轻质土路堤采用挡墙拓宽方式引起的挡墙倾角和墙背土压力均较小。采用Boussinesq公式计算得到的拓宽路堤引起的地基中附加应力分布与实测值基本吻合,且偏于保守。本文的研究成果对指导路基拓宽工程具有借鉴意义。     

竖向扩建填埋场变形离心模型试验研究

填埋场扩建是增大库容的重要手段,而其引起的沉降变形对填埋场及内部构筑物的稳定性有重大影响。针对扩建填埋场自重应力作用下的沉降变形问题,采用能够模拟我国固废工程特性的人工固废开展了平原型填埋场竖向扩建的离心模型试验。结果表明,堆体自重应力沉降随固废龄期增大而减小,最大沉降可达到堆体初始高度的20%。新老堆体界面不均匀沉降随老堆体龄期增大而减小,界面水平位移最大值出现在新堆体坡肩附近,且随坡比增加和龄期减小而增大。坡比越小,龄期和垃圾坝的作用越明显。垃圾坝对填埋堆体变形的影响随其相对高度减小而减弱。试验结果略大于常用的填埋场一维沉降计算结果,为填埋场增容及中间衬垫设计和稳定评估等提供了参考。     

采空区上方高速铁路桥梁群桩基础模型试验研究

目前有关采空区桥梁群桩基础的受力机制和沉降特性的研究成果还十分匮乏。以合肥－福州高速铁路官山底特大桥采空区群桩基础为原型进行缩尺模型试验研究。根据相似理论计算出模型相似常数,试验确定相似材料后进行模型制作,通过多级荷载试验获取了桩的内力,桩间土的应力,桩、承台、土和采空巷道顶板的沉降3大类数据,得出了模型中桩和桩间土的荷载特性和基础沉降规律。研究表明：采空区对桩承载力的影响与荷载大小成反比关系;所有桩均未出现桩侧负摩阻力,穿过采空区的桩的侧摩阻力分布重心下移程度较正常地层桩明显;采空区群桩不均匀沉降存在临界荷载值,超过此值后,采空区顶板岩土层与基础下正常岩土层的差异沉降不再增加。基于试验结果和理论分析,建立了以现有规范为基础的采空区单桩承载力计算公式和采空区群桩沉降计算公式。     

超高三级加筋土挡墙的离心模型试验研究

将离心模型技术用于超高3级加筋土挡墙的研究中，在离心模型试验的基础上，分别得出各级加筋土挡墙施工期和使用期的墙背土压力分布规律，所得结构与实际情况相符。     

高填方地基土工离心模型试验技术研究

以模型试验的相似理论为基础,结合九寨黄龙机场高填方地基工程实例,详细阐述了高填方地基离心模型试验技术,即对九寨黄龙机场104 m高填方地基的离心模型试验,采用等应力局部模型设计方案,以剔除法和等量代替法配制填料,以等效法模拟软弱地基强夯处理,并以增大离心加速度的方法模拟高填方地基的填筑加载过程;试验结果表明,高填方地基的总体沉降特征为"沉降大、压实快";土体的压实沉降主要发生在施工期;试验中高填方地基施工结束时土体的沉降固结度已完成90%以上,施工结束后土体产生的沉降量还不到土体总沉降量的10%.     

沉井下沉阻力离心模型试验研究

如何正确计算沉井的下沉阻力一直是沉井结构设计的难点,为了更加深入地研究沉井下沉阻力及其分布规律,通过离心机模型试验分别对4组不同埋深工况下的沉井进行了下沉模拟,对沉井侧壁土压力、刃脚斜面土压力、刃脚踏面土压力、沉井内外土面沉降进行了分析。研究结果表明：侧壁土压力随入土深度的增加呈先增大后减小的趋势,可采用分段函数形式对其大小及分布形式进行简化计算;刃脚斜面土压力呈三次多项式分布形式;随着刃脚入土深度的增加,刃脚斜面与踏面土阻力均显著增大,而单位投影宽度刃脚斜面与踏面土阻力比基本保持不变;沉井下沉会导致井外土面沉降,井内紧靠沉井内壁的土面沉降,离沉井内壁有一定距离的土面隆起。上述试验与分析成果可为理论研究与工程设计提供参考。     

加筋路基处治不均匀沉降模型试验研究

通过室内小比例模型试验,模拟高速公路过渡段施工中经常采用的土工格栅加筋路基,研究土工格栅加筋结构能否有效控制高速公路过渡段的不均匀沉降。试验共设计了不铺设土工格栅、铺设1层土工格栅在路基上、中、下位置、铺设2层土工格栅在路基上中、中下、上下位置铺设,以及铺设3层土工格栅上中下位置,共8种工况,分析各种土工格栅加筋方案中路基的不均匀沉降和土工格栅的受力特性。试验结果表明,土工格栅加筋路基可明显调节过渡段的不均匀沉降,在路基的中部和上部铺设2层土工格栅的加筋效果最佳。     

边坡开挖破坏过程的离心模型试验研究

边坡开挖是工程中经常遇到的问题。在清华大学土工离心机上,开发了一种离心机运转过程中的边坡开挖模拟技术。进行了土坡开挖的离心模型试验,测量了开挖过程中边坡的位移场变化。结果表明,边坡的破坏过程是从坡体下部开始的剪切带逐渐向上发展贯通的过程,并经历了滑裂面贯通前的平缓变形和贯通后变形迅速增大两个阶段。坡顶裂缝最初均是由受拉引起的,但随着剪切带的不断向上发展,裂缝的扩展是由拉伸和剪切两种作用综合引起的。     

新型桩板结构对高速铁路软基沉降控制作用离心试验

在CFG、PHC等刚性桩桩顶加设50 cm厚筏型钢筋混凝土形成板桩板结构控制深厚软土路基沉降,是高速铁路建设中提出的新型地基处理形式,以满足高标准铁路路基变形要求。通过对群桩处理的深厚软土路基在有无钢筋混凝土板时路基沉降的离心模拟,重点研究了钢筋混凝土板对路基沉降的控制作用以及桩、板与土体之间的相对变形。试验结果表明,在群桩处理地基上部铺设一定厚度的钢筋混凝土板,可以使路基整体沉降减小12 %,并使路基整体沉降更加均匀;桩端平面上部1/3桩长范围内土体由软塑状态转变为硬塑状态,密度和含水率变化显著;加载作用对路基变形影响深度大于40 m。     

人工岛沉降的离心机模型试验与数值分析

采用离心机模型试验与数值方法,对某一人工岛深厚软黏土地基的沉降特性进行了研究。在模拟现场施工条件下,通过离心机模型试验,研究了60 m厚软黏土地基的沉降特性。基于离心机模型试验,建立了二维有限元模型,应用弹黏塑性本构模型对软黏土地基的沉降规律进行了分析。通过模型试验与数值计算结果的对比分析,结果表明,模型试验与数值计算得到的工后沉降曲线基本吻合,初期沉降速率较大,后期沉降速率相对稳定。在浅部土层,计算得到的超孔压消散快于模型试验结果,而深部土层两者超孔压消散规律基本一致。二者规律的一致性验证了所用数值方法的可靠性。     

软土地基路堤施工控制的离心模拟试验研究

软土路基上快速填筑路堤时的稳定控制是非常重要的。为此在现行规范中,采用了一些位移或位移速率的控制标准。但实践表明,采用现行的标准仍然出现一些地基失稳的事例,说明这些标准需要进一步求证和改进。除了继续收集、分析失效事例之外,通过离心模型试验也可以进一步理解堤基失稳的机制。离心模型试验结果表明：路堤快速填筑使得地基破坏时,地基变形略呈马鞍形,坡肩处沉降比道中处沉降略大,坡脚水平位移增加较快;破坏时的位移速率与现有规范建议的控制标准基本符合,但地基内的孔隙水压力是在地基进入破坏状态并发生较大变形之后才有突然增加的趋势;此外,坡脚水平位移和道中沉降的速率比,可能是一个较好的稳定性控制的指标。     

一种新型板桩码头结构的离心模拟

卸荷式地连墙板桩结构码头是国内自主创新的深水码头结构,为了深入认识这一板桩码头结构在设计荷载下的工作性状和土与结构共同作用机制,结合某一拟建码头泊位的卸荷式地连墙板桩码头结构设计方案验证需要,进行了3组大型土工离心模型试验研究。其中2组为重复性的模型试验,以验证设计方案的可行性;第3组则模拟了无卸荷平台结构的地连墙板桩码头结构设计方案,以比较有无卸荷平台的板桩码头来揭示全直桩卸荷平台结构的卸荷效果。并且介绍了码头结构离心模拟技术,包括模型设计、模型制作和模型测量及试验步骤等关键内容。     

高速铁路桥梁桩基工后沉降组合预测研究

通过现场沉降监测,获取了高速铁路桥梁桩基沉降的大量实测数据。据此分析了成桥过程中桩基沉降发展的规律及其沉降曲线特点。对桩基最终沉降,采用单项预测模型进行了拟合预测,通过预测效果的评价指标分析,指出了客运专线铁路无碴轨道铺设条件评估技术指南中评价预测模型合理性仅局限于相关系数指标的不足,建议引入均方误差MSE、平均绝对百分比误差MAPE和平均绝对误差MAE指标进行综合检验、评价,并提出了这些评价指标相应的参考值。引入组合预测模型进行高速铁路桥梁工后沉降预测,对比分析现有组合预测模型的特点,提出了高速铁路桥梁桩基工后沉降预测应遵循的具体步骤和原则。研制了桥梁桩基沉降加权组合预测电算程序BriFSCF,可大大提高预测准确度和效率。通过工程实例验证表明,最小二乘准则下的最优组合预测方法效果较好,可作为预测的优选模型。其结果可供高速铁路合理铺设轨道时间的确定、工后沉降计算参考和利用。     

砂土中隧洞开挖引起的地面沉降试验研究

利用离心模型试验研究隧洞开挖中支护压力P与地层位移S的关系以及地面沉降槽的形态。得到归一化P-S曲线和沉降槽计算参数。还分析了土类、密度和含水量对地层位移的影响。     

Centrifuge modeling of surface footings on a sand layer underlain by a rigid base

The results of centrifuge modeling of surface footings on a sand layer underlain by a rigid base are presented. The primary objective was to investigate the effect of sand layer thickness on the ultimate bearing capacity. The relative density of the sand layer and shapes of the model footings were also varied in the test program. The data indicate that prototype size footings are likely to experience local shear failure rather than general shear type failure. The observed values of the bearing capacity are compared with the predictions based on the Mandel and Salencon (1972) theory. It is concluded that theoretical predictions are conservative in relation to the experimental bearing capacity values, if appropriate values of mobilized angles of friction are used. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

土工织物加筋黏性土坡坡顶加载的离心模型试验研究

土工织物加筋技术在工程中得到了广泛的应用,取得了良好的加固效果。但对于土工织物加筋机制尚缺乏明确和统一地认识,加筋理论研究落后于工程实践。为此,进行了坡顶加载条件下土工织物加固黏性土坡和素土边坡的离心模型试验,记录和再现了素土边坡和加筋土坡在坡顶加载条件下的变形破坏过程。主要基于变形分析探讨了黏性土坡在土工织物简单加固条件下的加固效果和加筋机制。结果表明,土工织物加筋可以有效地提高黏性土坡的极限承载力,加筋带的存在改变了土体的位移场,扩大了坡顶加载的影响区域,加筋后滑裂面明显后移。加筋带对土体的局部作用和作用范围,随着土体变形的增大而增大和扩展     

沉箱加桩复合基础地震响应离心试验

针对沉箱加桩复合基础地震响应问题开展动力离心试验研究。采用砂质粉土作为地基土,上部结构简化为质点和柱体,基础类型包括单桩、沉箱、沉箱加桩复合基础,利用层状剪切模型箱消除边界反射,以上海人工中波为输入波,在50 g离心加速度场下进行水平地震试验。根据基础形式的不同进行3组试验,试验结果表明：对于刚度较小的土,地震波向上传播过程中具有加速度衰减的特征;沉箱底部加桩对于降低基础和结构地震响应有积极的效果,有利于增强其抗震能力;地表、基础、结构的地震响应频率特性各不相同,这取决于其各自不同的自振特性;土与基础、基础与结构之间均会发生地震相互作用,但只有与相互作用对象自振频率均较接近的地震频域分量才能引起明显的相互作用。