基于FLAC3D的桩网复合地基路堤施工变形模拟分析

为研究软土地基路堤施工时路基的变形特性,以九江绕城高速公路A1标段经桩网复合结构处理的深厚软基试验段为研究对象,运用有限差分软件FLAC3D对此进行模拟分析。计算结果表明:路基表面与桩体沉降随距路基中心距离增大而减小,路基表面水平位移随距路基中心距离增大而先增大后减小;最大水平位移位置随填土高度的增加向路基中心方向偏移,填筑结束时在距坡脚3 m处附近;桩网复合地基能较显著控制路堤填筑时路基变形情况。     

软基差异沉降对夹层路面结构的影响分析

软土地基上路基的不均匀沉降变形加速了沥青路面结构的早期破坏;由于国内90%以上的高速公路都是常规的半刚性基层沥青路面结构,不能很好地消散不均匀沉降产生的附加应力,因此有必要提出新的适应软土地基上的路面结构形式。依托淮盐高速公路中设有级配碎石夹层结构的试验段,采用ABAQUS非线性有限元分析了该路面结构在不均匀沉降时的底基层和应力控制层层底的附加应力。结果表明,不均匀沉降增大时,底基层和应力控制层的水平向附加应力都呈线性增大;底基层厚度一定时,底基层模量越大,其层底拉应力越大,而应力控制层水平向附加应力明显减小,但是底基层厚度不宜太厚;相对于半刚性基层路面,设有级配碎石夹层结构的路面有更大的强度储备,更能适应软基不均匀沉降。所得结论对今后软土地基上的路面结构设计有一定的指导意义。     

软土路基加宽的有限元分析

通过有限元分析了加宽荷载作用下软土地基的变形特性.结果表明:在新路堤作用下,地基产生附加沉降,采用CFG桩处理地基,能有效减小路基的附加沉降量以及新老路堤下路基的差异沉降;老路堤下的附加侧向位移矢量方向指向路堤内部,而新路堤下的侧向位移矢量方向指向路堤外侧;随着加宽宽度的增大,差异沉降在增大,附加沉降量的绝对值也在增大;老路堤坡面下地基处理范围增大,能有效地减小附加沉降值与差异沉降值.     

差异沉降对路面结构附加变形影响的大比尺模型试验

为合理描述新老路基差异沉降条件下路面结构层的附加变形问题,借助大型地基差异沉降平台,开展了新老地基差异沉降条件下拓宽沥青路面层影响机制大比尺模型试验研究。试验结果表明:在地基差异沉降作用下,沥青路面结构层整体处于受拉状态,下面层受到的地基差异沉降的影响最为明显,在地基差异沉降达到14cm时,路面结构面层开始出现塑性变形;新老路基中铺设土工格栅可以缓解下部地基差异沉降并减小路面结构层的附加应变;路面汽车荷载能在一定程度上缓解拓宽路基差异沉降导致的结构层附加变形;地基差异沉降会导致路面结构层与路基出现脱空从而产生局部弱支撑,在重力的作用下,沥青混凝土路面板呈现弯曲状态,路面表层会出现反坡。     

岩质斜坡地基上高填方路基变形特性研究

斜坡地基上的填方路堤已成斜坡地基上的填方路堤已成为山区高速公路路基的主要结构型式。高填方路基的沉降发展规律较一般路基有其自身的特征,即在高路堤荷载作用下,地基土中的应力状态发生变化,从而引起地基变形,出现路基沉降。基于此,本文以新建高速公路典型岩质斜坡地基上高填方路基为研究对象,深入研究了填筑过程中路基沉降变形规律,详细分析了其工后沉降特性。结果表明(1)剖面沉降总体变化较小,与路基填筑压实质量较好有关;(2)总体侧向位移量较小,位移变化呈增大→减小→逐渐趋稳的趋势。(3)路基施工阶段累积沉降较大,工后沉降阶段累积沉降局部有较大发展,但路基整体沉降发展较小。     

土石混填路基沉降变形特征的离心模型试验研究

为了揭示土石混填路基的沉降变形特性,为设计和施工控制提供依据,进行了不同含水率、不同压实度和不同颗粒组成土石混填路基的离心模型试验,再现了土石混填路基的沉降变形性状。试验结果表明,路基沉降随压实度的降低和含水率的增加而线性增大;路基顶部从中线到路肩,沉降量逐渐减小,但水平位移逐渐增大。路基边坡顶部随路基沉降发生沉陷,但在1/3~2/3高度处,边坡的水平位移达到最大值,产生向外侧的变形。     

考虑桩土滑移的路堤下刚性桩复合地基沉降计算

为建立能考虑桩土滑移特性和桩间土非均匀压缩变形特征的路堤下刚性桩复合地基沉降计算方法,以均布荷载下等桩长刚性桩复合地基中单桩等效加固单元体为研究对象,基于桩土相互作用的上部负摩阻塑性区、中部协调变形弹性区和下部摩擦承载塑性区三区段模式,采用剪切刚度和极限摩阻力随法向应力变化的等单位长度极限剪切位移理想弹塑性模型,建立了弹性区非线性和塑性区非均匀的桩侧摩阻力分布模型;考虑桩土滑移特性及桩间土非均匀压缩变形特征,根据单元体桩土荷载传递微分方程,导出了表征路堤下刚性桩复合地基性状的沉降和桩土应力比的解析表达式,分析了路堤荷载及垫层柔度系数对沉降和桩土应力比的影响。研究结果表明:沉降随路堤荷载及垫层柔度系数的提高而增大;桩土应力比随垫层柔度系数的增加而减小,随路堤荷载的提高呈先增大后减小的变化趋势,据此提出了采用最大桩土应力比进行路堤下刚性桩复合地基承载力及沉降设计的技术原则。     

软土地段新旧路堤相互作用影响有限元分析

利用摩尔-库仑理想弹塑性有限元法,对软土地段高速公路的新建-运营-加宽-运营等全过程进行了模拟,分析了拓宽段作为附加荷载对老路路基、路面及地基的影响。分析结果:靠近老路中心一侧老路路面沉降逐渐减小,远离老路中心一侧沉降逐渐增大,相应横坡也发生变化;老路路面的水平位移有较大幅度的减小;老路最大沉降、最大水平位移、最大剪应力及最易发生病害的位置与拓宽前发生了较大变化;在老路反作用下,拓宽段的沉降、横坡变化、水平位移及最大剪应力的大小及位置也表现出与新建道路不同的特性。     

路基路面结构的动力特性试验研究

路面路基结构的沉降变形主要来自地基路堤土层的固结压密沉降和交通荷载反复作用下路面路基各结构层的累积残余变形。文章论述了路面路基结构在车辆荷载作用下的动力特性试验研究,通过比较水的浸入和压实密度降低两种因数对路面路基结构应力和变形特性的影响程度可发现,水的浸入对路面路基结构应力和变形的影响要大于压实密度降低对路面路基结构的影响。水的浸入和碾压质量不高是造成路面早期破坏的因数之一。     

粉喷桩加固高速公路软土地基的应用效果分析

以某高速公路软土路段为例,通过建立有限元分析模型,研究粉喷桩加固软土地基的土体应力及变形规律,并针对粉喷桩加固软土地基效果进行对比分析。结果表明,土体竖向应力分布大致呈斜条状,应力大小沿地基表面向地基底部逐渐增大;地基表面最大沉降最终出现在路基底部中心线,路基外侧地基后出现一定程度隆起;靠近路基中心桩体水平变形较小,靠近路基两侧桩体水平位移较大;粉喷桩加固可降低地基沉降,防止路基外侧地基过大隆起;粉喷桩加固对于减小路基底部两侧土体水平变形效果显著。     

复杂荷载下斜坡桩基承载力数值模拟研究

针对斜坡桩基受陡坡作用影响桩基前后土体不对称,侧摩阻力有所不同,容易产生安全隐患问题,对复杂荷载下斜坡桩基承载力进行数值模拟研究。在复杂荷载作用下获取水平受荷桩的挠度微分方程,采用有限单元法确定桩周土抗力及与其对应的桩身位移关系;建立数值分析模型,对桩基模型实施网格划分,计算出桩体和土体的各项参数,分析不同坡度、邻坡距和桩长条件下桩基极限承载力的变化规律和影响因素,利用数值模型确定极限上拔承载力。结果表明:在复杂荷载下,获得不同位置桩身弯矩和土体模量对桩身弯矩的改变,可通过改善土的模量提高桩的水平承载力。     

深厚软土地基超载预压对桥梁桩基负摩阻力的影响

软土地基上的基桩,由于桩周土的向下运动,土与桩的摩擦增加了桩的下拉荷载,这就是桩侧的负摩阻力,负摩阻力的存在增大了桩基的变形甚至导致破坏。对此,以瓯飞堤穿越深厚软土区大桥群桩基础为工程实例,采用理论计算及三维有限元数值计算手段,分析工程实施过程中附加荷载施加对既有桩基工作环境影响。结果表明:由于负摩阻力的作用,桩身轴力随着深度的增加先增大后减小;桩侧摩阻力沿深度呈非线性变化;位移中性点位于黏土层与圆砾层交界处;群桩中各基桩空间分布不同,附加荷载引起同一承台下基桩-土变形协调存在差异,对桥桩安全监测应具有针对性。     

多轮荷载作用下的沥青道面结构响应敏感性分析

分析飞机多轮荷载作用下沥青道面表面弯沉、土基顶面竖向压应变、面层底面水平应力、基层或底基层底面水平应力对面层、基层或底基层厚度与模量、土基模量变化的敏感性。依托三维有限元平台对敏感性进行分析,选择B-777作为分析机型;以传统柔性类、沥青稳定类和半刚性道面作为分析结构。52种组合的分析结果表明:各力学响应量对土基都具有较高的敏感性,土基模量由30增至60 MPa的影响要大于60增至80 MPa;除传统柔性道面的面层底面水平应力外,底基层厚度对其他各响应量也具有较高的敏感性;层底的水平拉应力主要受上下层模量比影响,随着模量比的增加,上层底面开始出现拉应力,并逐渐增大,所以最大水平拉应力出现在传统柔性道面结构的面层底,沥青稳定基层的层底,以及半刚性基层的底基层底。     

面层模量对重载交通沥青路面受力特性及使用寿命的影响分析

面层模量是路面设计的重要力学参数,它的取值将直接影响到路面结构的设计结果及受力特性。应用路面计算程序,系统分析面层模量变化对重载交通沥青路面路表弯沉、基层层底拉应力、底基层层底拉应力以及路面结构疲劳寿命的影响,并阐述其影响规律。结果表明,面层模量对重载交通沥青路面的受力与变形特性及使用寿命具有显著的影响,提高面层模量值将增大面层应力,显著减小路表弯沉值、基层及底基层层底拉应力,进而提高路面的疲劳寿命。     

双孔平行地铁顺穿桥梁对桥梁桩基础影响研究

利用有限元分析软件建立桥梁基础及双孔地铁的模型,模拟地铁盾构的施工工况。研究盾构施工前后地铁隧道、周边土体变形趋势及其对地铁顺穿桥梁的桩基础轴力、弯矩、水平变形及沉降的影响。分析结果表明:隧道施工造成隧道上部土体沉降,下部土体隆起,隧道呈现椭圆形;其顺穿桥梁桩基轴力、弯矩增加幅度较大,桩基在地铁隧道深度以上竖向沉降,在隧道深度下局部桩体隆起,桩身位移呈现“3”字形,最大位移位于隧道中心标高与隧道底标高之间。     

甘肃国际陆港中心区道路路面结构优化设计研究

为了确定适用于甘肃国际陆港中心区道路的路面结构，根据当地气候环境、路面类型确定了五种典型路面结构组合。采用路表弯沉、半刚性底基层层底拉应力、沥青层永久变形、低温开裂指数、半刚性基层疲劳寿命、路面造价等参数表征路面性能，通过模糊数学对五种典型路面结构进行综合评价。结果表明:结构三的弯沉值最小，路面整体强度较好；结构一底基层层底拉应力最小，基层抗开裂性能最好；结构一的底基层疲劳寿命最大，具有较高的抗疲劳性能；结构四造价最低，具有较好的经济性。综合评价表明结构五的综合性能最优，综合评价结果为0.95，针对甘肃国际陆港中心区道路所处的气候环境及交通特点，最适用于该区域的路面结构为结构五。     

桩撑支护软土深基坑大变形固结有限元分析

结合广州某桩撑深基坑支护工程,运用ABAQUS有限元软件,对基坑进行考虑渗流作用的大变形固结研究,分析了基坑开挖过程中,支护桩桩身和坑后土体的水平位移、坑底隆起量、周边地表沉降量、支撑轴力及支护桩弯矩等的变化规律.结果表明:大变形固结有限元分析得到的桩身水平位移等变形值与实测结果吻合较好,由于考虑了渗流作用模拟值略大于实测值;大、小变形分析得到的支护桩桩身弯矩结果比较接近,二者相差0.1 %左右;支撑轴力的大变形模拟结果与实测结果相差不大,轴力的变化规律和开挖过程相吻合.大变形固结分析,能很好地模拟基坑开挖过程中土体和支护结构的真实性状.     

邻近基坑卸荷-加载对既有软土盾构隧道影响分析

为了减少和避免地铁盾构隧道发生运营中断事故,提升地铁盾构隧道的防灾减灾能力,应用数值模拟的方法,以上海某典型工程为例,研究了软土地层中,邻近基坑卸荷-加载作用下,盾构隧道位于基坑拐角特殊位置的变形机制,并对地下连续墙支护方案的隔离效果和盾构隧道与基坑边缘净距l的影响进行了分析。研究结果表明： 1）当基坑位于盾构隧道侧方浅部时,基坑卸荷-加载诱发盾构隧道产生朝向基坑方向的位移,随着基坑加载的进行,竖向位移可得到适量恢复,水平位移恢复较少; 2）当盾构隧道位于基坑拐角特殊位置时,受基坑临空面范围和卸荷-加载作用共同影响,最大竖向位移出现在基坑拐角位置附近,最大水平位移出现在隧道轴线距离基坑边缘约1.5h（h为基坑深度）位置; 3）近地铁区域采用地下连续墙加固方案,可使盾构隧道水平位移减小50%,加固效果明显; 4）当盾构隧道与基坑边缘净距l大于1.5h时,邻近基坑卸荷-加载对既有盾构隧道影响较小。     

软土地基水平受荷桩基础力学性能研究

通过国内不同规范和文献的对比研究以及工程实例分析,建议以桩基地面水平位移达到6 mm的水平荷载作为桩基横轴向容许承载力,或者采用建筑桩基规范桩基水平承载力公式估算。考虑到软土地基桩土作用非线性的特点,引入了NL法对水平受荷桩内力和变形进行分析,建立了软土地基桩基在水平荷载作用下的精确分析方法;在相同的水平荷载作用下,采用m法计算的水平受荷桩变形值和内力值要比采用NL法计算的数值分别增大150%、15%左右,采用m法进行水平受荷桩设计时偏于保守。     

非连接式桩筏基础水平特性试验

为了给非连接式桩筏的设计与施工提供参考，针对大型桥梁工程采用的减隔震基础形式--非连接式桩筏，考虑竖向荷载、垫层厚度等因素的影响，进行了非连接式桩筏水平承载性能的室内模型试验研究。采用粒子图像测速法跟踪了土体水平位移路径，利用数字图像关联技术获得了土体位移场与剪切带，分析了竖向荷载、垫层厚度等因素对筏板水平位移、桩身弯矩和剪力分布的影响规律，提出了非连接式桩筏基础水平承载力的简化模型及计算方法，并用试验数据进行了验证。研究结果表明：竖向荷载可有效限制筏板水平位移，设置垫层可显著减小桩身弯矩及剪力，并且桩身弯矩和剪力随垫层厚度的增加而减小；土体在垫层顶部形成位移集中区，产生局部塑性变形并不断扩大，最后局部塑性变形区贯通形成完整的剪切带；非连接式桩筏基础水平承载力与竖向荷载相关，当竖向荷载较小时，其水平承载力由筏板与垫层界面摩擦力控制，当竖向荷载较大时，其水平承载力取决于垫层的水平承载力，这与图像分析获得的垫层破坏结论一致。因此，对于非连接式桩筏基础的设计及具体工程应用，可以通过调整垫层的厚度来减小桩身弯矩及剪力；所揭示的非连接式桩筏基础水平承载力变化规律可为今后大型桥梁隔震基础的设计与研究提供参考。