无筋钢纤维混凝土管片承载力设计方法研究

在盾构管片中掺入钢纤维可增强构件的力学性能和耐久性,减小配筋量甚至取代钢筋,是一种低碳高效的新型材料。但受限于有关规范的缺失,无筋钢纤维管片(SFRC)在国内难以推广。综合调研国内外现行相关设计规范,对比钢纤维混凝土承载力的计算思路,结合室内力学试验与不同偏心状态管片正截面的应力分布,得到了精细化描述的无筋钢纤维混凝土正截面的承载力计算公式。主要结论如下:1)现行相关规范低估了钢纤维的力学作用,且无法准确描述其多样化的特点;2)结合切口梁试验开裂的破坏特征与试验值,得到了等效抗拉强度优化计算方法;3)根据优化等效抗拉强度定义截面大、小偏心的判断方式;4)分别给出全截面、小偏心与大偏心受压三种类型的正截面承载力计算方法。

基坑倾斜桩支护稳定特性及分析方法研究

工程实践已证明基坑倾斜桩无支撑支护具有良好的变形和稳定控制性能。然而,倾斜支护桩稳定特性和分析方法尚缺乏研究。通过数值模拟研究了倾斜支护桩在基坑开挖过程中变形到破坏的全过程,分析了倾斜角、插入比以及土体强度对安全系数的影响。推导了基坑倾斜桩支护的抗倾覆与整体稳定安全系数计算方法,并与离心机试验结果进行了对比分析。结果表明:(1)针对常规倾斜角度(≤20°),倾斜支护桩临界破坏模式为倾覆失稳;(2)倾斜桩支护的稳定性能随倾斜角,插入比和土体强度的增大而显著增强;(3)倾斜桩的重度影响倾覆破坏时旋转点位置,桩身重度及旋转点位置导致抗倾覆力矩增大,使之具备良好的抗倾覆稳定性。

软土地铁结构非线性地震反应分析

基于天津典型粉质黏土层条件,建立两层双柱三跨地铁车站与隧道三维有限元模型,从地下结构的变形、损伤和应力方面研究其在不同地震波作用下的非线性地震反应.分析了地连墙及回填土密实度对车站结构地震反应的影响.结果表明,在地震作用下,结构的变形沿高度方向增加;地铁车站中柱顶、底受到交替的动拉压应力,且出现较大的拉伸损伤,是抗震薄弱构件.此外,地震波频谱特性对结构的地震反应有很大影响,天津波和人工波作用下结构的地震反应远大于El-Centro波作用下的地震反应.地连墙和回填土会改变地下结构周围介质的物理性质,从而影响到结构的地震反应,在通常的地下结构抗震分析中不考虑地连墙的存在会高估地震对结构的影响;为减轻结构震害,地铁施工时应保证回填土的密实度.

利用CPTU对淤泥质黏土工程性质的评价

针对某场地河滩沉积淤泥质黏土,利用CPTU(孔压静力触探)对该场地不同深度的淤泥质黏土进行原位孔压消散试验,得出其固结系数。将该固结系数与室内试验所得的固结系数进行比较,得到现场测得的固结系数比室内试验测得的固结系数约大1～2个数量级的结论。介绍了CPTU估算不排水抗剪强度的方法,对比十字板剪切试验结果,对各种估算方法在该种土质中的适用性作出评价,确定了各种方法经验系数的取值范围。

岩土与地下工程结构韧性评价与控制

建设韧性城市和韧性社会是现代城市、社会安全与可持续发展的重大需求。由于岩土介质材料和外荷载的不确定性、岩土与地下工程结构脆弱性及土-地下水-结构物相互作用复杂性,大量岩土与地下工程结构属于低韧性结构,国内外深基坑、盾构隧道、桩基、路堤等工程出现大范围破损甚至连续垮塌的事故时有发生,且事故后难以恢复,但其连续破坏机理及韧性设计方法却缺乏研究。工程韧性提升的目的是保障工程的高可靠性、低灾害后果性和灾后快速恢复性。建立岩土与地下工程韧性安全评价与控制理论体系,提高单体地下工程、相关联的地下工程系统和城市大尺度上的岩土与地下工程的韧性,提升其对灾害或意外事件的抵御、适应和恢复能力,对于我国建设韧性城市、保障建设工程安全具有重要意义。文章梳理了韧性理念与评价方法发展现状,在此基础上从是否考虑失效概率、是否考虑意外情况下的防连续破坏能力、是否考虑意外灾害后的恢复能力角度,将保障工程系统韧性的现有设计方法分为四个层次:即单一安全系数设计、可靠度设计、鲁棒性设计(防连续破坏韧性设计)和可恢复性设计,并逐一对其在岩土与地下工程领域的研究进展进行总结和分析。在此基础上,针对岩土与地下工程连续垮塌问题,重点以基坑工程、盾构隧道工程和复合地基工程为例介绍和讨论了防连续破坏韧性研究进展,以期为建立系统的岩土与地下工程韧性设计理论与框架提供参考。

砂-黏土双层地基极限承载力的数值研究

在实际工程中,常见天然的或通过人工换填形成的上部砂土、下部黏土的层状地基,目前关于这种双层地基极限承载力和破坏机制研究还不够深入。通过有限差分法建立双层地基数值模型,分析基底粗糙程度、砂土剪胀角和超载对地基破坏模式及极限承载力的影响,并根据有限差分法计算结果对强度加权平均法、应力扩散法和冲剪破坏法等现有实用计算方法的估算正确性进行评价。研究结果表明,基底粗糙程度对极限承载力的影响随着砂土内摩擦角的增大而减小;当剪胀角较小时,剪胀角变化对承载力的影响更为明显;当下层黏土强度较小时,超载的作用更明显。强度加权平均法由于低估破坏面影响深度导致砂土层权重较大,计算结果偏大;应力扩散法忽略了砂土剪切强度,在砂土层较厚时出现低估;冲剪破坏法由于可较为精确地计算砂土破坏面上抗剪强度和被动土压力,是3种实用方法中计算最准确的,当砂土厚度和黏土强度较大时,建议按太沙基经验公式对下卧黏土进行局部剪切破坏修正后确定极限承载力。

饱和黏性土中散体桩复合地基极限承载力系数研究

埋置深度对复合地基承载力的影响规律一直缺乏深入研究,工程中采取最低程度考虑基础埋深的保守方法导致复合地基承载力被不同程度的低估。采用有限差分法建立饱和黏土中散体桩复合地基数值模型,对刚性基础下散体桩变形模式及机理进行分析,在此基础上,进行考虑桩、土为无重介质的散体桩复合地基极限承载力系数研究。结果表明散体桩复合地基破坏模式受置换率、桩长和埋深耦合作用,可能发生浅基础型、复合型或实体基础类型的破坏模式。深度修正系数随着桩长的增加而增大,随埋深的增加而减小;当桩长和埋深一定时,存在一个最优置换率使深度修正系数取得极大值。而现行规范中深度修正系数取1.0,低估了基础埋深的作用。最后基于M o h r–C o u l o m b破坏准则推导群桩复合地基的等效强度,并利用极限分析法推导了浅基础破坏模式下复合地基的极限承载力系数解答,结果与有限差分法的结果吻合较好。

临近边坡的条形基础地基极限承载力数值分析

建筑物或构筑物基础临近边坡置放的情况在实际工程中十分普遍,但目前对于临近边坡基础的地基承载力及破坏模式尚缺乏深入研究。采用不连续布局优化(DLO)极限分析法建立数值模型,分析边坡几何尺寸、土体参数和基础位置对临坡条形基础的极限承载力和边坡破坏模式的影响,并对国内外现行规范推荐的计算方法进行评价。结果表明:极限承载力随边坡高度和边坡倾斜角的增大而减小,当坡高超过临界高度后,极限承载力将不受其影响;极限承载力随土体黏聚力和内摩擦角的增大而提高,滑动面随黏聚力的增大而变浅,随内摩擦角的增大而变深;极限承载力随基础与坡肩相对距离的增大而提高,当基础置放位置超过某临界距离后极限承载力不受边坡影响。在土体强度高、坡角较大时,《建筑地基基础设计规范》规定的临坡基础最小置放距离偏于危险,设计时仍需考虑边坡对承载力的减损作用;在土体强度较低、坡角较小时,规范规定值偏于保守。美国AASHTO规范对边坡地基极限承载力的取值在砂土边坡时较为可靠,但其仅适用于坡面破坏模式的情况;饱和黏土边坡的承载力曲线有悖于理论解,对临界距离的规定同样存在低估。

基坑斜–直交替支护桩工作机理分析

在基坑工程中,可将部分竖直悬臂支护桩倾斜一定角度后形成倾斜桩,利用冠梁连接交替布置的竖直悬臂桩与倾斜桩可形成基坑斜–直交替支护体系。已有工程实测表明,基坑斜–直交替支护桩具备良好的抗倾覆和变形控制能力;然而,目前尚缺乏对其工作机理的认识。提出了基坑斜–直交替支护桩的3个工作机理效应,即:刚架效应、斜撑效应和重力效应。以支护结构变形和坑外土体沉降为评价标准,对3项效应进行分析。结果表明:①由于冠梁的连接作用,斜桩与直桩形成一个整体刚架体系,可有效减小桩身和土体变形;②斜桩侧壁摩擦是斜桩对直桩支撑力发挥的关键因素,若斜桩侧壁光滑,基坑斜–直交替支护桩的支护能力与悬臂直桩几乎相同;③斜直桩桩间土与支护体系形成一个整体,可一定程度提高支护体系抵抗基坑变形的能力。

基于渐进破坏的路堤下刚性桩复合地基的稳定性分析及控制

传统的刚性桩复合地基支承路堤的稳定分析方法均是假定滑动区内桩体发生同时破坏。在已有研究基础上,采用有限差分方法开展了考虑桩体破坏后的不同性状(post-failure behavior)和不同桩体破坏顺序的路堤稳定性分析,结果表明无筋刚性桩复合地基首先在局部位置发生脆性弯曲破坏,应力释放后引发相邻桩体的弯矩大幅度增加并发生弯曲破坏,从而产生由局部桩体的弯曲破坏引发不同位置桩体的渐进破坏,并最终导致复合地基发生失稳破坏。假定桩体同时发生破坏的复合地基支承路堤的稳定分析方法将显著高估路堤稳定性,路堤下复合地基的稳定性分析应考虑局部位置首先破坏并引发其它位置桩体的渐进破坏。基于复合地基中桩体渐进破坏控制的理念,提出了路堤下复合地基关键桩的概念和分区不等强设计的稳定性控制方法,通过提高关键桩桩体抗弯强度及延性的方法,可有效提高路堤整体稳定性。

可液化地层中矩形隧道的上浮响应分析

在地震荷载作用下易导致饱和砂土液化从而引起地下结构发生上浮,以往多集中于圆形隧道的研究。文章基于有限差分软件FLAC2D,建立饱和砂土中土体和地下矩形隧道结构相互作用分析模型,充分考虑孔隙水与土之间的耦合,分析地下结构在地震过程中超孔隙水压力变化、加速度反应、上浮位移以及结构周围土体的变形规律。并探讨矩形隧道结构埋深、断面面积和断面长宽比对结构上浮位移的影响规律。分别提出评价矩形隧道上浮位移与结构埋深和断面面积的计算公式,利用此公式可以为类似工程中隧道结构的抗震稳定性分析提供指导和借鉴。

复合地基极限承载力与稳定研究进展

我国软土地基分布区域广泛,大量建设工程位于软弱土地基,需进行适当的地基处理才能满足工程建设要求.复合地基技术具备提高地基承载力、控制地基沉降和工后沉降效果好、工期短的优点,能够满足高层建筑、高速公路、高速铁路、道路、重载堆场等工程对软弱与不良地基处理的高承载力与稳定性、低沉降(工后沉降)、大面积快速高效与经济处理的迫切要求,逐渐发展成为我国对软弱土地基处理的主要手段.本文在国内外大量研究成果基础上,阐述了复合地基的形成条件以及分类方法,着重对刚性基础下复合地基承载力和柔性荷载作用时复合地基稳定性的有特色和代表性的研究进行回顾和总结.依据桩体自身强度是否发挥,将复合地基的破坏模式分为内部破坏(如:剪切破坏、弯曲/受拉破坏、鼓胀破坏)和外部破坏(如:刺入破坏、倾覆破坏等)两大类.相应地,应考虑不同破坏模式对复合地基极限状态的影响.此外,若仅考虑桩体同时发生破坏会高估复合地基的整体稳定性,对工程造成重大安全隐患.因此,建立考虑桩-土体系渐进破坏的稳定分析方法是十分必要的.最后,本文对性能化设计概念在复合地基技术中的应用前瞻进行了探讨,以期对提高复合地基理论水平和发展绿色节约型复合地基技术有所裨益.

抗滑桩加固含软弱夹层边坡的静动力极限分析

边坡破裂面的确定和稳定性分析一直是岩土工程稳定分析的热点问题,其中,对数螺旋线旋转破坏机制是公认的均质边坡最不利滑裂面。工程实践中常见含有软弱夹层的边坡,此类坡体很容易发生失稳滑塌进而造成重大危害。目前,对于该类型破坏的稳定性及破坏机制尚缺乏深入研究。文中基于极限分析上限法采用平动破坏机制,对静、动力荷载作用下含软弱层的边坡进行稳定性分析,比较了不同桩体位置、不同桩间距时抗滑桩加固边坡的效果。结果表明,对于静力作用下边坡,文中所采用的破坏机制得到的结果与前人吻合较好,地震荷载作用下边坡,坡顶破裂面向坡外延伸。抗滑桩能显著提高边坡的安全系数,桩体设置在边坡坡体中间偏上时,对安全系数的提高最为有效。随着地震加速度和桩间距的增加边坡安全系数逐渐减小,破裂面沿软弱层延展。

桩体刚度对复合地基支承路堤失稳破坏模式的影响研究

在已有研究基础上,对理想塑性、脆性拉裂两种破坏后性状对应桩体的抗弯、抗剪承载力的进行了分析比较,脆性拉裂破坏后性状可以更好地反映桩体弯曲破坏后抗弯及抗剪承载力的降低。对于复合地基支承路堤的有限差分数值模拟表明,路堤荷载、桩体材料弹性模量不同时桩体受力以及路堤失稳时桩体的破坏模式并不相同,当桩体弹性模量、路堤荷载较大时,桩体发生受拉弯曲破坏,需考虑桩体的脆性拉裂破坏后性状以描述桩体抗弯、抗剪承载力的降低以及不同位置桩的连续破坏。

基坑倾斜桩无支撑支护机理与工程应用

针对大面积、大长度基坑中所常用的传统内支撑技术存在耗材多、造价高、工期长、施工不便、支撑拆除困难且难以实现地下结构工业化建造的缺点和局限,研发了一系列倾斜桩组合支护结构,条件适当时可在变形可控的前提下实现基坑的无内支撑支护,从而形成绿色低碳的新型基坑支护技术。简要阐述倾斜桩无支撑支护的作用机理,并进一步介绍倾斜支护桩施工设备与施工工艺,最后通过典型工程案例阐明倾斜桩的技术优势。工厂实践表明,相比于传统支护方法,倾斜桩支护结构可高效、经济地控制基坑稳定与变形,显著缩短施工周期的同时可为大面积、大长度基坑的施工提供便利,具有显著的推广价值。

倾斜荷载下单排刚性桩复合地基极限承载力

刚性桩复合地基由于桩体发生破坏而达到地基极限承载力的问题缺乏研究。首先采用有限差分法确定倾斜荷载作用下条形基础刚性桩复合地基破坏面形式,然后通过考虑桩体发生弯曲破坏时对地基承载力的贡献,基于Tresca屈服准则和非对称破坏模式,采用极限分析上限法推导出严格上限解的极限承载力系数,并应用蒙特卡洛随机优化方法给出最优解。分析表明,当刚性桩复合地基桩体发生弯曲破坏时,破坏面随荷载倾斜率和桩间距增加而变浅,随桩径和桩体强度的增加而变深,从而承载力系数随桩体强度和桩径的增大而增大,随桩间距以及荷载倾斜率的增大而减小。在荷载倾斜率确定情况下,给出桩体强度、桩径、桩间距的建议值。

国内外高速公路、铁路地基处理技术回顾

高速公路和高速铁路在世界范围内处于快速建设阶段。为保障交通运输的安全性和舒适性,对地基的低变形性和高稳定性产生了较高的要求。天然软弱地基在全球范围内分布广泛,而在具有低抗剪强度、高压缩性和低渗透性的软土地基上修建高速公路和高速铁路路基容易出现沉降和稳定两方面问题。合理运用地基处理技术可以起到改善路堤变形性能、提高路堤稳定性的作用,在保障交通运输的安全性和舒适性的同时满足工程高效性和经济性的平衡。本文对高速公路、铁路已有的地基处理技术进行了简要阐述和回顾,综述了不同地基处理方法的沉降和稳定研究进展。选取了国内外的典型高速公路、铁路建设案例对地基处理技术的应用进行讨论。分析了现有路堤沉降预测方法和稳定性计算方法的缺陷及面临的挑战,探讨了地基处理技术在高速公路、铁路建设中的应用前瞻,以期为今后高速公路、铁路地基处理理论和技术的发展提供参考。

基坑倾斜桩支护的变形数值分析

基坑倾斜桩支护技术具备控制变形效果佳,施工速度快,工程造价低等优点。然而,目前缺乏对基坑倾斜桩支护技术在控制变形方面的系统研究和各种组合支护形式的效果验证。采用有限元软件Plaxis3D,对比了多种倾斜桩组合支护结构在控制桩身变形和坑外沉降方面的特性。

疏浚淤泥半固化效果及无侧限抗压强度分析

为解决固化疏浚泥无法储存的问题,提出了疏浚泥半固化处理方法,对不同水泥掺量和养护龄期的疏浚泥进行了击实试验,并利用击实土样进行了无侧限抗压强度试验。试验结果表明,当水泥掺量较大时,固化效果明显,但不易于击实;当水泥掺量适当时,击实效果明显,且击实强度随龄期的增加而增大,进而获得了最佳击实条件为水泥掺量为44g/kg时自然养护7d,其无侧限抗压强度可达188kPa。

地震作用下临近边坡的条形基础极限承载力研究

地震荷载对基础的极限承载力起着不利影响,但目前尚缺少系统的关于地震作用下的边坡地基极限承载力的研究。极限分析法是一种解决复杂岩土问题的严格分析方法,利用基于极限分析上限法的(discontinuity layout optimization(DLO))数值模拟技术,通过拟静力法考虑水平地震作用,对置放于边坡顶部条形基础的极限承载力进行研究,给出了地震荷载作用下临近边坡条形基础的极限承载力系数设计图,可用于地震荷载作用下边坡地基极限承载力的初步估算。研究表明,与水平地基不同,边坡地基的承载力研究同时涉及边坡稳定和极限承载力两类岩土工程问题,土体自重、内摩擦角及黏聚力均会对其产生耦合影响。已往研究中承载力系数的计算沿用水平地基研究方法对Nc,Nγ进行独立计算,并线性叠加计算极限承载力,未考虑边坡稳定问题对承载力研究带来的复杂性,对c–φ型边坡的极限承载力造成低估。