桩承式加筋路堤研究综述

在软土地基上进行路堤工程建设, 主要面临稳定性和变形2方面的问题, 桩承式加筋路堤不仅能够提高路堤的稳定性, 而且能够控制路基的沉降。通过一系列室内模型试验、现场原型监测和数值分析, 人们对桩承式加筋路堤中的土拱效应和加筋拉膜效应, 以及路堤荷载传递机制已形成比较一致的看法, 并在各种土拱模型理论指导下形成多种桩承式加筋路堤设计方法。但目前对桩承式加筋路堤的土拱形态和成拱条件认识不一致, 重复荷载下土拱效应演变规律缺乏定量研究, 现行设计方法对路堤沉降控制仍显不足。在综述桩承式加筋路堤已有研究成果的基础上, 重点论述桩承式加筋路堤的作用机理理论与应用研究的成果, 提出了对存在问题做进一步研究的建议。     

土工合成材料在桩承式加筋路堤中的应用现状

分析了路堤中设置土工格栅对路堤工作性状的影响;分析了土工格栅在桩承式加筋路堤中的具体作用机理;分析了土工格栅对荷载分担比和桩土应力比的影响以及土工格栅对路堤表面不均匀沉降的作用。综合分析后提出了土工格栅在桩承式加筋路堤应用中存在的几个问题。     

桩承式加筋路堤设计理论研究进展

综述国内外关于桩承式加筋(GRPS)路堤设计理论的研究成果,分析了土拱效应理论和拉膜效应理论。指出了目前桩承式加筋路堤设计理论的不足,提出了GRPS路堤中路堤、桩和土工合成材料三部分设计中有待进一步研究的问题。     

基于离心模型试验的桩承加筋路堤筋材设置方法研究

在土工合成材料加筋土工程中加筋材料的合理设置对充分发挥筋材的作用至关重要。通过4组离心模型试验,研究了桩承式加筋路堤垫层中土工格栅两边端部反包设置的使用效果,包括对路堤稳定性、桩土荷载分担等的影响。结果表明：①加筋材料反包设置相当于将筋材锚固于路堤中,可充分发挥筋材的加筋作用,与加筋不反包相比,测得路肩下方格栅承受的拉力较大,而路堤中心处格栅受力相对较小;②加筋反包设置可提高桩土应力比,促使荷载向桩体转移;③加筋反包可降低路堤表面总沉降及不均匀沉降,减小地基土的侧向位移,提高路堤地基整体性和稳定性;④加筋材料的力学性质对加筋受力、桩土荷载分担和路堤变形存在较大影响,延伸率低、拉伸模量高的加筋材料更能发挥加筋膜效应。     

第八届中国土工合成材料会议论文：基于离心模型试验的桩承加筋路堤筋材设置方法研究

在土工合成材料加筋土工程中加筋材料的合理设置对充分发挥筋材的作用至关重要。本文通过4组离心模型试验，研究了桩承式加筋路堤垫层中土工格栅两边端部反包设置的使用效果，包括对路堤稳定性、桩土荷载分担等的影响进行了探讨。结果表明：①加筋材料反包设置相当于将筋材锚固于路堤中，可充分发挥筋材的加筋作用，与加筋不反包相比，测得路肩下方格栅承受的拉力较大，而路堤中心处格栅受力相对较小；②加筋反包设置可提桩土应力比，促使荷载向桩体转移；③加筋反包可降低路堤表面总沉降及不均匀沉降，减小地基土的侧向位移，提高路堤地基整体性和稳定性；④加筋材料的力学性质对加筋受力、桩土荷载分担和路堤变形存在较大影响，延伸率低、拉伸模量高的加筋材料更能发挥加筋膜效应。     

桩承式加筋路堤有限元几何建模方法及边坡效应研究

桩承式加筋路堤常用的有限元几何建模方法包括单桩模型（含轴对称模型和单桩3D模型）、平面应变模型和3D断面模型,这些模型各具特点且前提假设各不相同,但却缺乏对比研究。使用非线性有限元软件ABAQUS结合现场试验结果进行了几何建模,对比分析了基于大面积堆载假定的模型与带边坡3D断面模型应力分布及变形的差异与原因。计算表明:3D断面模型最能反映桩承式加筋路堤真实工况,而单桩模型及大面积3D断面模型均低估了沉降量。边坡效应引起的水平位移及坡外隆起使得桩土沉降差、平均桩土应力比、桩顶荷载分担系数及土工加筋横向拉应力均在路肩区域达到极大值,且在路面范围内均大于大面积堆载工况。     

基于均布条形荷载附加应力理论的抗滑桩桩间土拱效应研究

抗滑桩桩间距确定是滑坡治理设计中的重要参数，其决定着桩间土拱效应的强弱变化。而土 拱效应是保证桩间土体不从桩间滑出或绕桩滑动的关键因素，是确保抗滑桩安全有效的重要原因。将 抗滑桩对滑坡的反力视为均布条形荷载，利用半无限空间范围内条形荷载附加应力理论，求解土体中任 一点Ｍ在ｘ方向的附加应力，结合对应的模型试验，从而确定了抗滑桩桩间土拱效应的拱高约为０．３～ ０．４倍桩间距。且通过附加应力随桩间距的变化可以发现，抗滑桩桩间距为４倍以内桩截面宽度时土拱 受力较为有利，既采用３～４倍桩截面宽度作为设计桩间距较为经济、合理。     

土工织物散体桩复合地基路堤土拱效应研究

为研究土拱织物散体桩的土拱效应,采用三维有限元软件建立了路堤荷载下土工织物散体桩复合地基模型,分析了筋材刚度、桩间距和路堤高度3个主要因素的影响。结果表明:土工织物散体桩的起拱筋土模量比为20,当筋土模量比达到67后,筋土模量比对土拱效应影响不大;土拱高度在路堤高度达到5倍桩净间距之前呈线性增长,之后土拱高度将不随路堤高度变化;随着桩净间距增加,形成完全土拱所需的高度也在增大,当桩净间距达到2倍桩径后,土拱高度将不再变化;随着路堤高度的增加,土拱率逐渐减小,当路堤高度达到1.7倍桩净间距形成完全土拱后,土拱率不再发生变化;与数值计算结果对比发现,由Hewlett和Randolph提出的三维土拱计算方法与数值计算结果最为接近,建议采用这种方法进行设计。     

土工格栅对桩承式路堤土拱效应影响的数值模拟研究

通过plaxis8.5有限元软件,研究大主应力偏转角度的变化,模拟出有无土工格栅时土拱效应的形成及变化规律,分析了填土高度?桩间距?填土的力学参数和本构模型对土拱效应的影响?研究表明:格栅的作用是减弱土拱效应和其本身张拉膜效应以及与垫层之间的摩擦咬合三种作用的叠加;路堤填土的塑性是产生土拱的又一条件;主应力偏转发生在填土初期,达到一定高度时拱达到稳定,且拱轴线并不是由桩顶直接出发,而是在桩顶形成抛物面形的应力核区,拱上应力偏转大致垂直于此抛物面?     

抗滑桩的土拱效应及数值模拟

通过对抗滑桩及桩周土的力学分析,建立了相应的有限差分模型,并运用连续介质的快速拉格朗日差分程序FLAC模拟了土拱产生的过程和机理,分析了影响土拱效应的因素.计算结果表明:①桩距设为桩宽的2.5～3.5倍是比较合适的;②桩后中轴线上节点y方向位移变化曲线能够直观反映土拱的产生过程;③桩间距越大,土拱效应越不明显,随桩间距的增大,桩的荷载分担比逐渐减小,而土体的荷载分担比逐渐增大;④土体内摩擦角越大,桩的荷载分担比就越大,土拱效应也就越明显;⑤土体粘聚力对土拱效应的影响并不显著.上述结论对抗滑桩桩距的设计有一定的参考价值.     

基于修正主应力旋转理论的抗滑桩桩间土绕流计算方法

桩间土绕流验算是抗滑桩设计三大验算流程之一,研究绕流计算方法对于在保证抗滑桩工程稳定安全的前提下,提高设计精度、节省资金具有重要意义。为弥补现有"拱结构物"假设理论的不足,引入Terzaghi松动土压力理论,建立Terzaghi松动土压力与桩间距的关系以及修正主应力旋转理论。并在Ito塑性变形理论假设基础上提出塑性变形理论适用的上限与下限桩间距,结合修正主应力旋转理论与Terzaghi土拱计算理论建立了极限桩土荷载分担比计算模型,根据所提模型计算结果获得了桩土荷载分担比与土体性质、桩间净距的关系。然后与数值模拟的计算结果进行了对比分析,并提出了桩间土绕流验算方法:定义桩间土稳定性系数为极限桩土荷载分担比与实际桩土荷载分担比之比,稳定性系数大于1表示桩间土较稳定,不发生绕流。     

老路边坡桩对拓宽路堤沉降控制影响的数值模拟

采用二维弹塑性有限元方法,对不同布桩方式下PHC桩桩承式拓宽路堤的变形特性进行了数值模拟分析,研究了老路边坡下布桩减小拓宽路堤沉降和差异沉降的机理。基于沪宁高速公路拓宽工程沉降控制标准,对PHC桩加固区的位置和桩间距进行了优化。研究表明:老路边坡下布桩可以显著地减小拓宽路堤路中心处的最终沉降和路表工后坡率。在路堤高度不超过5 m且软基厚度不超过20 m情况下,桩帽宽1.2 m的PHC桩加固软基时,第一排PHC桩应布设在老路边坡下距老路坡脚不小于4.7 m处,桩间距可放宽至3.0 m。     

梯形断面抗滑桩桩间距计算方法研究

针对滑坡治理新方法——梯形断面抗滑桩,分析了梯形断面抗滑桩土拱效应的形成机理,建立了梯形断面抗滑桩桩间距计算模型。将该类桩的土拱效应视为两个独立的土拱作用,利用土体极限强度、拱脚强度以及桩间静力平衡推导了相应的桩间距计算公式。实例分析表明,梯形断面抗滑桩桩间净距比其他矩形桩桩间净距大,说明梯形抗滑桩斜边的存在使土拱效应整体效果得到加强,梯形抗滑桩相较于其他形式的抗滑桩具有更好的抗滑效果。     

抗滑桩桩后土拱效应的作用机理及发育规律

为揭示抗滑桩桩后土拱效应的作用机理和发育规律,采用平面应变有限元分析模型,对桩周土应力、变形等变化规律进行研究,解释土拱作用的力学机理。根据荷载-位移曲线特征,将土拱发育分为3个阶段,对不同阶段土体中的变形、应力及塑性区开展情况进行分析,研究土拱的发育规律。结果表明:土拱的形成、发展及破坏与桩后荷载p及桩土间相对位移δ大小有关。在p、δ较小时,土体发生弹性变形,土拱处于孕育形成阶段;随着p、δ增大,桩周土体局部产生塑性应变,土拱效应进一步发展并逐渐发挥作用;当p接近极限值时,土体中塑性区范围扩大,δ急剧增长,至塑性区贯通后,土拱破坏,支挡作用失效,土体发生挤出性破坏。     

基于土拱效应的抗滑桩合理间距不同方法的对比分析

基于土拱效应理论,针对边坡稳定分析中抗滑桩的合理间距进行分析。文中对比分析了以往文献中的不同方法,通过分析相邻拱脚截面静力平衡关系、拱顶截面前缘点最大主应力公式、拱脚截面强度条件的3个方程,推导出了桩间净距的计算公式,并结合工程实例进行了验证。     

废旧轮胎加筋土性能试验研究

为了研究废旧轮胎加筋对土体强度以及边坡稳定性的影响,采用室内试验,首先进行固结排水剪切三轴试验,研究了废旧轮胎加筋素砂土的应力-应变关系和土体抗剪强度指标变化规律;其次进行路堤模型试验,对比分析了土工格室单一加筋、废旧轮胎-土工格室复合加筋2种加筋形式对路堤边坡稳定性的影响效果差异。结果表明:轮胎加筋明显提高了土体抗剪性能,并且轮胎加筋层数越多,试样抵抗变形能力越好,强度越大;废旧轮胎-土工格室复合加筋优于土工格室单一加筋效果,能显著减少路基边坡沉降、侧向位移和附加应力峰值,有效改善路堤边坡稳定性。最后讨论了轮胎加筋与土工格室加筋机理的异同。试验研究结果为废旧轮胎加筋土应用于岩土工程的边坡稳定处理提供了理论基础。     

龙洞槽砌石拱坝加固方案三维有限元分析

针对龙洞槽砌石拱坝除险加固工程,基于三维有限元法,对比分析了坝体上游侧、下游侧培厚加固方案在基本荷载组合与特殊荷载组合作用下的应力和位移,包括三种典型的粘结工况及配筋工况,并确定合适的加固方案与工程措施。结果表明:基本荷载组合是上游测、下游侧加固方案的控制荷载组合,需在冬季对拱坝采取适当的保温措施,以减少温度降低对拱坝坝体应力变形的影响;两种加固方案均满足规范应力要求,但是上游加固方案在加固效果、施工便捷等方面更具优越性;新老坝体粘结效果对拱坝应力位移具有较大影响;在坝体中上部布设径向配筋,有助于减弱新老坝体粘结强度不足对坝体应力应变的影响。     

混凝土芯砂石桩复合地基加固堤防软基试验研究

介绍了一种新型的地基处理方法——混凝土芯砂石桩复合地基法及其在水利防洪堤软基加固工程中的应用情况。通过现场原位观测和试验,研究了混凝土芯砂石桩复合地基固结变形、孔压消散、桩土应力分担及承载力特性,结果表明混凝土芯砂石桩强度高,排水固结能力强,能迅速提高桩间土强度和承载力,应用于水利堤防工程既能控制堤防深厚软基的工后沉降,又能提高堤防边坡的稳定性,推广应用前景良好。