交通荷载引起的软土地基累积沉降计算方法研究

软土地基在交通荷载下的沉降计算和稳定性保证,是修建低路堤公路的重要环节,而科学的计算方法是其前提和基础.文章以新河（青潍界）至辛庄子高速公路寿光段为例,通过利用循环荷载作用下软粘土不排水累计变形模型-Chai-Miura模型,结合利用Flac3D有限差分程序计算地基中的动、静应力,对软土地基的累计沉降进行了计算.结果表明:对修建在软土地基上的低路堤,反复的交通荷载引起的累计沉降很大,同时变形随深度衰减很快,当深度大于8m后,变形与地表的相比小得多;路基沉降速率与运行时间关系较大,且随时间非线性增长,其中累积沉降及总沉降在通车初期累计沉降发展较快,且累积沉降远大于固结沉降,占总沉降的90％多.     

飞机荷载作用下超载预压软土地基的长期沉降

为了研究超载预压地基在飞机荷载作用下的长期沉降,通过对温州淤泥质黏土进行室内循环三轴试验,建立饱和软黏土的累积塑性应变模型和累积孔压模型.利用层状弹性理论计算地基中的动偏应力,结合已建立的经验模型得到在交通荷载作用下软土地基的累积塑性应变和孔压消散应变.采用分层总和法计算飞机荷载作用下温州机场跑道超载预压地基的长期累积沉降,将计算沉降值与实测沉降值进行对比,验证了饱和超固结土不排水累积塑性应变模型和累积孔压模型的合理性.     

大型石化CFG桩复合地基三维有限差分模拟

针对大型石化工程软土地基处理的复杂性,建立了CFG复合地基的三维有限差分模型,详细分析了不同桩间距下复合地基受力和变形特性,探讨了软土夹层对复合地基的影响,在桩间土加固深度影响分析的基础上,获得了不同基础尺寸的临界加固深度。此外,通过变桩长和变桩距方法,对复合地基进行了变刚度调平。研究表明:基础沉降和差异沉降与荷载成线性关系,基础两侧约1/3直径范围内CFG桩可采用变桩长或变桩距方法优化;桩间土体不加固时,桩间距不宜大于6d;软土夹层埋深10 m以上,其对CFG复合桩基的影响基本可忽略;不同基础尺寸下临界加固深度约为6 m;变桩长或桩距方法均能控制基础沉降和差异,但需根据工程条件和实际地质情况合理选用。     

交通荷载作用下低填道路软土地基的动力响应分析

为了揭示交通荷载对低填道路下卧软土地基的动力影响规律,对软土地基的动孔隙水压力进行了现场测试,分析了不同上部路堤厚度和行车速度工况下地基孔隙水压力的分布规律,并据此借助数值模拟对长期交通荷载作用下软土地基的附加沉降进行计算分析.结果表明:上部路堤结构对交通荷载的动力激励具有消减作用,填筑厚度越小,下卧软土地基的动力响应越明显,且随着深度的增加动孔隙水压力呈衰减趋势,长期交通荷载作用下软土地基的附加沉降呈近似指数型非线性增长.     

交通荷载下加筋道路弹黏塑性有限元分析

为了研究交通荷载作用下软基加筋道路的动力响应,提出了一个土体动力弹黏塑性模型来模拟循环荷载作用下加筋道路中软土地基的动力特性,并在土工格栅和土体之间设置接触面单元来模拟筋材与土体的相互作用.在此基础上建立了软基加筋道路的动力分析模型,编制了动荷载作用下加筋软基道路变形分析的计算程序.用该程序对室内试验进行了分析,验证了程序的正确性;并用该程序对在路堤与软土地基之间铺设土工格栅的加筋道路和不加筋道路的动力特性进行了对比分析,同时还对比了考虑流变和不考虑流变的加筋道路的位移响应.结果表明,加筋对软土道路的动力响应有明显影响,同时,考虑软土的流变特性对研究加筋道路的动力响应是非常必要的.     

交通荷载作用下软土地基的累积沉降分析

针对交通荷载作用下软土地基的累计沉降问题,提出采用土体刚度衰减修正公式计算累计塑形变形的方法.基于饱和软土循环三轴试验数据,建立刚度衰减系数与循环次数间的关系.对有限元软件ABAQUS进行二次开发,将刚度衰减模型嵌入到有限元分析程序中去,再通过数值分析计算出任意循环周数后土体的累积塑性变形.采用该方法对交通荷载作用下典型上海软土地基的累积沉降进行预测.计算结果表明,路面结构层的存在有助于减小软土地基的沉降,交通荷载所引起的沉降主要发生在软土地基的浅层,并且随着深度的增加而迅速减小.     

大面积堆载作用下地基变形影响分析

通过具体工程实例,对大面积堆载作用下软土地基变形进行了详细计算与分析,并与复合地基处理后的地基变形量进行了对比。分析认为大面积堆载对地基变形影响深度较大,超出了常规荷载作用下的影响深度;与复合地基相比,大面积堆载地基变形量要多出25倍左右;大面积堆载影响深度范围内,要考虑负摩阻力作用。     

运动荷载作用下弹性地基无限长板动力响应

为分析道路结构在交通荷载作用下的变形和应力，提出了运动荷载作用下弹性地基板动力响应的解析方法.该方法基于Winkler地基上无限长的Kirchhoff薄板理论，运用积分变换和三角函数级数展开法求解，分别得到了结构在运动荷载作用下的变形和应力的解析解.通过数值方法分析了板的变形和应力的空间变化规律，并讨论了荷载运动速度、板和地基的物理特性参数对板的变形和应力的影响.研究结果表明，板的变形受荷载运动速度、地基模量和板的厚度影响显著.在荷载速度较大时，板的变形将出现明显波动现象，板的变形随地基模量增大而明显减少.     

考虑软土软化特性的软基加筋道路动力响应

为了研究交通荷载作用下考虑软土软化效应的低路堤软基加筋道路的动力响应问题,以室内动三轴试验为基础,研究了循环荷载作用下初始偏应力以及荷载作用次数对软土刚度软化的影响,通过回归分析得到了软土在循环荷载作用下刚度软化的经验公式;然后编制了用户子程序将经验公式导入有限元分析软件ABAQUS中,采用ABAQUS对软基加筋与不加筋道路在交通荷载作用下的动力特性进行对比分析.结果表明,软土的软化特性对软基加筋道路的动力响应有重要影响.同时,加筋可以提高道路的整体强度,使土体应力均化,约束土体的水平变形,减少道路的整体沉降,并降低道路的不均匀沉降.     

交通荷载作用下上覆硬壳层软土地基动力响应特征

借助数值模拟软件FLAC3D的动力分析功能,编制了计算模型构建与求解的程序,对交通荷载作用下上覆硬壳层软土地基动力响应特征展开分析.交通荷载作用下产生的动应力在地基土中的传递规律表现出以下特征:不同埋深处,应力时程曲线波动出现短暂的滞后现象;应力水平的高低以及有无硬壳层对于动应力衰减速率影响较大,动应力衰减速率呈现非线性变化特征;动应力沿深度方向的衰减率较静应力明显迅速;上覆硬壳层的存在增大了动应力的影响扩散半径,且动应力在地基土中的扩散路径得以改善.     

长期反复荷载作用下软黏土地基的变形特性

软黏土地基在长期反复荷载作用下容易产生变形大、沉降时间长且难于预测等问题。针对该问题,通过太沙基一维固结理论,求解了矩形及梯形反复荷载作用下软黏土地基的一维固结解析解;利用ABAQUS有限元软件,提出了一种反复荷载作用下软黏土地基长期固结变形的数值分析预测方法。利用该方法结合工程实例详细分析了反复荷载下软黏土地基沉降、孔隙压力和有效应力及孔隙比等随时间的长期发展变化规律,发现沉降量与反复荷载的水平加载段时间成正比;孔隙水压力的最终发展趋势是围绕0值上下波动;有效应力随着加载次数逐渐增加;孔隙比的变化与土层深度、加载大小与加载次数有关,并将不同荷载类型下的模拟值、理论值和实测数据进行了分析比对,发现等效的反复荷载下的沉降曲线与实测值吻合较好。     

Simplified method for predicating consolidation settlement of soft ground improved by floating soil-cement column

A simplified method is presented for predicting consolidation settlement of soft ground improved by floating soil-cement column on the basis of double soil-layer consolidation theory. Combining the axisymmetric consolidation model and equal strain assumption, the governing equation was derived for the consolidation of clayey subsoil reinforced by soil-cement column. By modifying the boundary condition of the interface between the improved layer and underlying layer on seepage and pore-water pressure, the analytical solution of consolidation of soft ground improved by floating soil-cement column was developed under depth-dependent ramp load. The results of the parameter analysis of consolidation behavior show that the consolidation rate is closely related with the depth replacement ratio by the column and the permeability of upper layer. The influence of column-soil constrained modulus ratio and radius ratio of the influence zone to the column on consolidation is also affected by depth replacement ratio. The column-soil total stress ratio increases with time and approaches the final value accompanied with the dissipation of excess pore water pressure.     

道路在动态荷载作用下孔隙水压力的数值模拟

现行的路面设计方法没有考虑动力荷载的影响,动荷效应在道路的损伤中起着不可忽略的作用,研究动态荷载作用下的道路工作特性具有重要的意义.结合某高速公路实验场的原始测试资料,运用天津市软土特性与工程环境重点实验室的FLAC~(3D) (Fast Lagrangian Analysis of Continua)三维数值分析程序建立了道路动态分析模型,分析了动态特性交通荷载作用下孔隙水压力的变化规律,得出了同一点孔隙水压力的变化随荷载幅值及荷载振动程度的增强而增大,随道路材料阻尼比的增加而减小等几点重要结论;对于天津市软土路基工程特性更深入的研究具有重要意义,同时对于道路的设计与施工也有一定的参考价值.     

堆载–电渗联合作用下双层地基1维固结解析解

实际地基处理中,电渗与堆载预压常常联合使用。为了解决目前综合考虑堆载和电渗作用的成层地基固结解答理论的不足,假定土体中的渗透流速可由水力坡降引起的渗透流速与电势差引起渗透流速的进行叠加,建立考虑堆载和电渗联合作用的双层地基1维固结方程;利用特征函数法获得瞬时堆载和线性堆载下双层地基1维电渗固结解析解;通过与现有解析解和电渗固结试验结果对比,验证了本文解答的可靠性。基于该解答,详细讨论了土层参数及荷载参数对双层地基固结特性的影响。结果表明：当下层土的渗透性高于上层土的渗透性时,由于电渗作用导致地基中间土层在固结初期流入的水量大于流出的水量,造成超静孔隙水压力在固结初期上升及有效应力在固结初期下降的现象;降低下层土的压缩性能够提高双层地基的沉降速率和超静孔隙水压力消散速率;与单纯电渗固结相比,电渗联合堆载作用不仅能提高地基沉降速率,还能提高固结后的地基强度,更有利于减小工后沉降和加快地基处理速率。     

考虑软化特性的软黏土动应力-应变关系研究

针对在地震、波浪、交通等循环荷载的作用下饱和软黏土残余孔隙水压力上升，从而导致软黏土刚度、强度发生软化的这种现象，对循环荷载作用下考虑循环软化特性的饱和软黏土动应力-应变进行了研究.以往的研究大多忽略初始偏应力对软黏土循环软化及动应力 应变关系的影响.通过对萧山正常固结饱和软黏土进行应力控制的循环三轴试验，研究了循环次数、循环应力水平、初始偏应力对饱和软黏土刚度软化及应力 应变关系的影响.试验结果表明，随着循环次数的增加，土体刚度逐渐减小；循环应力水平的提高和初始偏应力的施加都将加快刚度软化和累计塑性应变的发展，从而加速土体的破坏.同时，在试验的基础上推导了反映土体刚度软化规律的经验公式，利用该公式并结合修正的Masing准则对软黏土的动应力-应变关系进行描述.     

天津滨海新区典型软土地基强夯法有限元分析

针对中国天津滨海新区典型软土地基强夯法适用效果进行了有限元分析。采用有限元计算分析软件ABAQUS的显式分析模块,建立夯锤对土体冲击作用分析模型,计算分析获得冲击过程地基表面的接触力时程,将其作为强夯数值模拟的荷载输入模型,运用有限差分软件FLAC3D对天津滨海新区典型软土地基土体进行了单点多次夯击分析。结果表明：随着夯击次数的增加,单点夯击沉降量不断减小而累计夯击沉降量逐渐增大,8次夯击后累计夯击沉降量趋于一个稳定值;强夯作用后土体的孔隙水压和土体竖向应力呈半球状分布,在埋深方向上先增大后减小,在埋深5m处孔隙水压和竖向应力已很小,单点多次夯击最有效影响埋深大致在5m范围内;该研究结论对相关的强夯工程具有一定的参考价值。     

软土结构性及结构破损机理

通过对漳州和黄石地区2种结构性软土进行单向与等向压缩试验,根据原状样和重塑样的压缩曲线确定了先期固结压力和结构强度.研究表明,漳州软土结构应力比在1.1~1.2之间,黄石软土在1.2~1.3之间,说明在沉积过程中产生的结构屈服压力与上覆压力基本成正比.结构强度随埋深、试验的加荷间隔、加荷时间的增加而增大;由单向压缩试验曲线得到的结构强度大于等向压缩试验曲线得到的结构强度;卸载再加载过程对结构性强弱影响不大.计算得到漳州软土结构破损系数为17.7%,黄石软土结构破损系数为14%,说明黄石软土结构性略强于漳州软土.从微观角度解释了土的结构破损主要是由颗粒间的连接方式的改变与孔隙变化所引起的.     

考虑次固结时循环荷载引起的软基沉降

为了控制在循环荷载作用下软基路堤的总沉降和工后沉降,采用能够综合考虑主、次固结沉降的Yin-Graham一维等效时间线模型和一维条件下软土“最终”沉降与应力路径无关的性质,获得在正弦循环荷载作用下路堤运行期间长期总沉降和工后沉降近似计算公式,建立路堤总沉降和工后沉降与回弹指数、压缩指数、蠕变系数、初始有效应力、路堤承受的静荷载幅值和动荷载幅值之间的关系,除上述影响因素外,工后沉降还与运行期开始时路堤下软基的总有效应力有关.利用沉降公式计算具体工程软基路堤运行期结束时的长期总沉降量,计算误差小于0.275％.