考虑埋深与剪切效应的基坑卸荷下卧隧道的形变响应

基坑卸荷将对下卧既有隧道产生附加荷载。结合工程实际,提出考虑隧道剪切效应及埋深效应的基坑开挖下卧隧道形变响应的半解析解。引入能考虑隧道埋深的修正基床反力系数,再由Mindlin解给出基坑卸荷对下卧隧道产生的附加荷载。视既有隧道为埋置于Pasternak地基上的Timoshenko梁,将附加荷载施加于隧道并计算其响应,提出可考虑隧道埋深及剪切效应的下卧隧道在基坑卸荷下的响应解。与三维有限元数值模拟、杭州地铁一号线九寨河基坑的测量结果的对比,验证了所提方法的准确性。针对隧道等效抗弯刚度、等效剪切刚度对隧道内力及变形的影响进行系统的敏感性分析。结果表明,采用Timoshenko梁模拟隧道可更好地分析隧道的力学响应;当提高隧道抗弯刚度,隧道的位移值、弯矩值和剪力值会显著下降,但其分布范围会增大;隧道最大正弯矩及最大剪力所在位置保持不变,不受隧道抗弯刚度值的影响,但最大负弯矩所在位置会随抗弯刚度的增大向隧道两端移动,当隧道剪切刚度超过抗弯刚度的20%时隧道位移、弯矩、剪力几乎均不再受剪切刚度的影响。所得结论可为类似工程提供一定理论支持。

基于影像源法的基坑开挖引起的土体水平位移预测

基坑开挖将使土体产生附加水平位移,过大的水平位移会使邻近地下结构物受到破坏。基于影像源法,并充分发挥基坑围护结构易于实测的优势,推导了在基坑开挖下的坑外土体水平位移半解析式,分析中,通过定义土体的不均匀收敛系数,考虑了当前研究中大都忽略的土体收敛非均匀性,与实际情况更接近。同工程实测数据的对比验证了所提方法的准确性。进一步参数分析表明:不考虑土体收敛非均匀性的坑外土体水平位移计算值同实测相比,会低估上部土体水平位移,高估下部土体水平位移,因而同实测出现一定偏差,且当土体愈靠近基坑,偏差愈明显,可见考虑土体的非均匀收敛愈有必要。计算发现,当不均匀系数介于3~6时,计算结果同实测吻合较好。本文研究成果可为预测基坑开挖诱发土体水平位移提供一种新的探究思路。

有限土体下考虑土拱效应的非极限主动土压力解

以挡土墙后有限范围黏土为研究对象,考虑非极限状态下的土拱效应,并采用塑性上限理论求得的破裂面夹角和多滑裂面假设得到的侧向土压力系数变化规律,推导了有限土体的主动土压力解析式,该公式也可退化为半无限宽度的主动土压力公式。与模型试验相比,所提理论解与试验值取得了较好的一致性,证明了解析解的合理性。进一步参数分析表明:破裂面夹角随土体内摩擦角φ呈线性增长;随有限土体宽高比B/H减小而小幅增加;与地下室挡墙外摩擦角和内摩擦角的比值α/φ呈正相关,而与基坑挡土墙外摩擦角和内摩擦角的比值δ/φ呈负相关;在α/φ大于或略小于δ/φ时,破裂面夹角随位移比η单调增加,而当α/φ远小于δ/φ时,破裂面夹角随η增加先增大后减小。主动土压力随B/H减小而单调降低,其分布由子弹形逐渐转变为钟形;主动土压力值与δ/φ、α/φ和φ都呈负相关,且随δ/φ与φ的增加非线性逐渐增强。

基于拉格朗日乘数法的大弯矩水平受荷桩研究

水平受荷单桩常用于海上风机基础,该条件下单桩受到巨大的倾覆力矩。通过引入力和弯矩平衡的拉格朗日乘子,将桩身挠曲线泛函极值问题转化为非线性方程组。方程组求解采用牛顿法,以Matlab矩阵运算实现。所提方法适用于任意非线性或分段形式的p-y(水平抗力-水平位移)曲线,计算迅速,可模拟荷载和桩身参数的变化。与试桩资料的对比表明,所提方法计算准确。算例研究表明,加载高度与桩长相仿时,绝大部分桩基变形是由桩顶弯矩导致,水平承载力校核失去意义。通过计算不同设计参数下的桩基变形曲线,研究了海上风机单桩基础的设计问题。研究表明,单桩基础存在明显的有效桩长。设计桩径是由水平位移限值决定的,更小的桩径就能满足规范中的转角限值。

桩承式加筋路堤研究综述

桩承式加筋路堤由于其经济性和有效性在道路工程中得到了广泛的应用,近年来许多研究人员对其进行了大量的研究。本文从桩承式加筋路堤的工程应用出发,分析了土拱效应理论和拉膜效应理论,并详细论述了桩承式加筋路堤在试验研究和数值模拟研究方面的进展。基于桩承式加筋路堤的研究现状,提出了有待进一步研究的问题。

基于同心拱模型的桩承式加筋路堤简化分析方法

为准确、便捷地分析桩承式加筋路堤中加筋体的受力和变形特性,提出了一种正方形和正三角布桩形式下的三维简化分析方法.首先考虑加筋体的空间变形形态,假设内部区域和条带区域加筋体的变形曲面分别为旋转抛物面和抛物柱面;然后根据同心拱模型基本原理,推导出作用在加筋体上方荷载的简化表达式;最后通过求解加筋体在三维空间内竖向力的平衡方程,得出加筋体的最大竖向变形和最大拉力、桩顶平均应力、桩间土平均应力以及荷载传递效率.利用所提方法对2个工程案例进行计算,并将计算值与实测值进行对比分析.结果表明,应用该简化分析方法所得的计算值与实测数据吻合良好,荷载传递效率的最大计算误差约为6%,从而验证了该方法的有效性.

一种旋转塑性势面模型及非关联塑性流动法则

为了较好地描述软土塑性应变发展规律,提出了一种改进的塑性流动模型。该模型采用了与屈服函数形式相同,但具有一定倾角γ的塑性势函数。土体在变形过程中,塑性流动方向会依赖于塑性势面的旋转而变化,直至达到破坏状态。通过对常规三轴试验结果的分析可以发现:在剪切过程中,塑性势面旋转角的初值γ0与终值γd较为稳定,不受围压变化影响。在此试验观察基础上,引入了归一化的旋转角参数γ’以及描述土体应力状态的参数ξ,在采用蛋形势函数的情况下二者具有良好的分段线性关系。利用该关系,建立了改进的塑性流动法则,只需要2个额外的模型参数。对所提出的塑性流动模型进行了验证,计算结果表明该模型能较好地反映塑性应变的变化趋势。

盾构开挖下邻近既有桩基的竖向响应分析

当桩顶作用有不可忽略的上覆外荷载时,通过桩身向周围土体传递的荷载必然会较大地改变桩周土体的应力状态,因此邻近隧道开挖引起的地层位移将会与自由场差别明显,为探究既有桩基在邻近盾构隧道开挖及桩基上覆荷载同时作用下的响应规律,结合两阶段法,通过引入Boxlucas1指数函数模型来描述桩土间的非线性作用,进而提出了在盾构开挖影响下,一种计算邻近既有桩基竖向响应的简化分析法,分析中考虑了当前研究中大都忽略的上覆外荷载作用,并分析了不同外荷载作用下的桩基响应规律。研究表明:当桩顶无荷载作用时,桩身轴力先增大后减小,最大轴力出现在隧道中心深度附近;当逐渐增加桩顶外荷载时,桩基下部的摩阻力先于上部到达极限,桩基轴力呈现出'先缓慢减小、再急剧减小、最后再缓慢减小'的'三段式'递减规律。

既有单桩在邻近基坑开挖下的水平向响应简化分析

为了探究既有单桩在邻近基坑开挖作用下的水平向响应规律,提出基于虚拟镜像技术的基坑开挖引起邻近单桩水平向响应解析解.发挥基坑围护结构变形易于实测的优势,借鉴虚拟镜像技术,考虑土体位移的实际情况,修正土体的等量径向移动模式,推导出土体非等量径向移动模式下基坑开挖引起的坑外土体水平位移场.基于Pasternak双参数地基,引入修正地基反力模量以考虑埋深效应,利用两阶段法,将土体水平自由位移场视为外荷载施加于邻近单桩,建立在邻近基坑开挖扰动下既有单桩的水平向位移控制方程.与三维有限元数值模型、既有理论解及已发表案例的工程实测数据的对比,验证该方法的正确性及适用性.参数分析表明:提高地基反力系数和单桩抗弯刚度有助于减小单桩最大水平位移;当桩与基坑间距较远时,单桩最大水平位移几乎不再受自身抗弯刚度的影响.

上浮极限状态下饱和土的浮力模型试验和理论分析

饱和黏土中的长期浮力是否需要折减是一个具有争议的问题。为研究饱和黏土中的长期浮力是否小于相同水头高度下的静水压力,通过地基上浮失稳的模型试验,实测了上浮极限状态下(即有效应力约等于0时)饱和砂土和黏土中的浮力折减系数。实验装置由模型槽、土样、凡士林、浮筒、配重及压重设施组成,通过浮筒上浮瞬间的受力平衡得到失稳时的实际上浮力。实验测得饱和砂土中的浮力折减系数为1,饱和高岭土和饱和蒙脱石中的浮力折减系数分别为0. 973±0. 024和0. 959±0. 016。试验结果表明上浮极限状态下,饱和土中的浮力与纯水中的浮力差别很小。即便在高塑性黏土中,模型基础失稳时受到的上浮力与纯水中的浮力相比,仅折减了不到5%。基于饱和土有效应力原理的分析表明,上浮极限状态下的浮力折减系数与土样固结前的Skempton B值互为倒数。大量实测数据并未发现饱和黏土的Skempton B值明显大于1,故饱和黏土的浮力折减系数也不可能显著小于1。本文模型试验和理论分析表明,在地基抗浮承载力验算时,饱和黏土中的长期浮力不宜进行显著折减。