土-石混合填土强夯动应力的简化与修正算法

强夯法是一种加固某些土体的施工操作较为简单的方法,合理分析其夯击作用在土体中产生的动应力是工程实践中的关键环节之一。针对成都平原地区的典型土-石混合填土,通过现场夯击试验,测得了在4000 kN·m的夯击能作用下土体中不同深度处的竖向夯击动应力,鉴于既有算法与试验值的差异,从两个方面确定了适于土-石混合填土夯击动应力的简单计算方法。一方面针对较为复杂的既有理论公式问题,采用敏感性分析与回归分析法,建立了以夯锤质量、夯锤落距、夯锤半径、土体密度、土体动力剪切模量、土体泊松比、土体阻尼比、夯锤入土的速度损失率等8个参数表征夯击点冲击应力的线性回归方程;另一方面采用竖向动应力传递指数对理想弹性静力学理论公式进行修正,得到了基于拟静力法的土体中夯击动应力计算表达式,进而可分析确定强夯有效加固深度。试验结果显示,土-石混合填土的竖向动应力传递指数约为1.67357,土-石混合填土地层的强夯有效加固深度约为8.0m。

土质边(滑)坡束筋型微型桩简化设计方法

束筋型微型桩是工程边坡治理或滑坡应急抢险工程中常用的轻型支挡结构。本文针对现行规范中基于抗弯模式的设计方法的复杂性与不确定性,提出了基于锚固模式的以加固边坡稳定性为控制目标的束筋型微型桩的简化设计方法。将微型桩轴力与剪力引入加固边坡的稳定性分析中,二者共同提供微型桩对坡体的抗滑力,通过传递系数法将其呈现于剩余推力计算表达式中。提出的方法可反映微型桩的竖向倾角、桩间距等要素对其内力的影响。实例分析表明,对于3排束筋型微型桩组成的单元抗滑结构,其后排桩承受轴向拉力、前排桩可能承受轴向压力,后排桩轴力绝对值最大,对微型桩结构设计起控制作用。

基于承台消弯作用的新型桩板墙结构

铁路工程中桩板墙结构变形控制标准严格,在土质地基条件下桩结构设计尺寸较大,成本普遍偏高。针对传统桩板墙受力变形特点,提出一种基于承台消弯作用的新型桩板墙结构,并采用矩阵传递法分析其力学性能及经济效益。结果表明:新型桩板墙结构在桩身锚固点引入承台,利用填土自重大幅度降低锚固段弯矩,可有效减小桩顶水平位移;结构尺寸相同时,与传统桩板墙结构相比,新型结构锚固段最大弯矩降低67%,桩顶水平位移减小61%,桩身所受最大土反力减小57%;土质地基条件下,新型结构最大填高由传统结构的12 m提升至16 m,承台设计长度宜为0.46~0.48倍填高;新型桩板墙结构综合工程造价仅为传统结构的50%,经济效益显著;新型结构锚固桩桩井可由人工挖孔优化为机械成孔,在提高施工效率的同时可降低安全风险。

考虑筋材有效拉力的加筋土路堤稳定性分析方法

加筋土技术在铁路路基工程中的应用愈加广泛,而工程设计中拉筋最大有效拉力的取值尚存在不合理之处。本文针对拉筋有效拉力对路堤边坡稳定性的影响,建立了考虑不同位置拉筋最大拉力的加筋土路堤边坡稳定性分析方法。研究结果表明:(1)将由侧摩阻力与抗拉断力控制的拉筋所能提供的极限抗拉作用力与拉筋的破坏模式相关联,分别计算拉筋拉断和拔出破坏模式下的极限拉力,以确定不同位置拉筋可提供的最大有效拉力;(2)基于瑞典圆弧条分法,将拉筋作用作为附加抗滑力矩引入边坡稳定系数计算公式,给出了加筋土路堤稳定性分析方法,可编制Micorsoft Excel计算表格,在实际工程中方便使用;(3)典型工程实例分析表明,本文方法与数值模拟得到的路堤边坡稳定系数误差在5%以内,提出的方法具有合理性与实际可操作性。

两类拉筋的对拉薄壁面板式路堤挡墙性能对比分析

为探究钢拉筋和土工格栅加筋的对拉薄壁面板式路堤挡墙的性能差异,采用FLAC3D数值模拟软件分析了不同填土高度的拉筋拉应力、面板水平位移和侧向土压力,同时结合施工难易程度、结构耐久性、经济性等因素对两种路堤进行比较,结果表明:(1)在高填方(填土高度10~12 m)情况下,土工格栅式拉筋面板中部出现显著外鼓变形;钢筋式拉筋面板顶部与底部外伸位移较大、中部则向内凹,其变位模式与前者相反;(2)相比于土工格栅,钢筋承受拉力更大,面板所受侧向土压力也较大;路堤填土高度达到6 m以上时,钢筋在底层两端部所受拉力最大;(3)钢拉筋比土工格栅拉筋对面板的侧向变形控制能力强,侧向位移约为土工格栅拉筋的1/10;但钢拉筋与面板节点施工控制要求较高,且长期防腐蚀性难以保障,耐久性、经济性、路堤易压实性等均弱于土工格栅拉筋,而土工格栅拉筋因其面板侧向变形控制能力较弱,一般不适于较高填方(6 m以上)。为便于施工,可采用对拉包裹式加筋土挡墙,装饰面板独立于其后填料。

含裂隙近水平红层软岩边坡渗透稳定性模型试验

针对川东地区含裂隙近水平红层软岩边坡在长时强降雨条件下易产生滑坡灾害的问题,依托含双软弱夹层的此类典型坡体实例,以弹性模量和抗拉强度为主控因素制备可表征软岩遇水软化开裂特性的相似材料,构建了含裂隙近水平红层软岩边坡的室内物理试验模型,研究了边坡在长期雨水入渗作用下的坡体变形、裂隙扩展和稳定性演变规律。结果表明:(1)坡体变形发展可分为初始变形阶段、匀速变形阶段、加速变形破坏阶段;(2)坡体裂隙扩展主要包括在坡体后部的自下而上发育的“上窄下宽”裂隙,以及在坡体前部的自上而下发育的“上宽下窄”裂隙。裂隙扩展区域主要集中在上、下软弱夹层之间,其中易产生超孔隙水压力;(3)试验模型的FLAC3D数值模拟再现了该推移式滑坡的渗流过程,超孔隙水压力随时间呈现先增大后逐渐趋于稳定的变化特征,在软弱夹层和竖向裂隙处,超孔隙水压力呈累计增大的特征;(4)坡体滑面形成及失稳破坏演变过程可划分为浅表层裂隙发育贯通阶段、裂隙向软弱夹层延伸发育并逐步贯通阶段、裂隙扩展与坡体滑动失稳阶段。长期雨水入渗致岩体强度弱化,以及裂隙逐渐向坡体深部发育并与软弱夹层贯通形成多级阶梯式滑裂面,是造成含裂隙近水平红层软岩边坡滑动失稳的根本原因。

悬臂式挡土墙地震主动土压力计算方法

为确定悬臂式挡土墙立臂的地震主动土压力,针对墙后填土的5种可能失稳破坏模式,基于对数螺旋式滑裂面形态,采用极限分析上限定理与拟静力法推导了作用于假想坦墙背上的地震土压力合力;在此基础上,对坦墙背后滑楔体、立臂与坦墙背之间的土体分别采用斜条分与水平条分法,并通过土压力合力的上限解对坦墙背上的土压应力进行修正,进而求得立臂上的土压力分布。实例分析表明,立臂静土压力沿深度分布呈顶点位于下部的抛物线模式;地震土压力分布一般呈非线性递减模式,计算值与试验值有良好的一致性;两种工况下合力作用点分别位于立臂下半段与上半段。参数分析显示,水平地震影响系数、踵板宽度和立臂倾角的增加均使立臂中上部地震主动土压力显著增大;地震条件下增长踵板宽度会导致立臂受力增加。在强震条件下,本法得到的立臂土压力比铁路规范法的结果高出约9%~14%,立臂底端弯矩更显著高于规范法结果,规范法进行强震条件下悬臂墙的抗震设计可能偏于不安全。

U型槽内填土地基条形基础极限承载力分析方法

U型槽内填土地基上条形基础的极限承载力是工程实践中的一类重要问题。为合理确定其理论计算方法,基于塑性极限分析上限定理及Hill机构,结合U型槽结构对称性特征,提出了填土地基两种潜在破坏模式,建立了填土地基承载力与4个独立变量之间的内外功率平衡方程,考虑破坏机构的几何与运动学约束条件,通过Matlab程序编制优化算法,实现了该极限承载力的非线性规划求解。实例分析表明,填土地基承载力随U型槽相对宽度的增大而呈非线性减小,当该相对宽度达到一定值后,U型槽填土地基等效于半无限土体;黏性填土时相关变化特征均与无黏性填土时相似;随着U型槽相对宽度逐渐减小,填土破坏模式逐渐向槽内回缩,破坏机构中对数螺线区与被动区界面逐渐由速度连续过渡到速度间断,对数螺线中心均位于条形荷载边界点上。

基于串联流变模型的锚拉力松弛分析方法

加固坡体的预应力锚索结构存在锚索拉力随时间松弛问题,为了合理预测分析锚索拉力松弛,基于锚索-边坡体系中滑床、锚索、滑体、坡面抑制构件之间的相互作用与锚固系统受力、变形基本机理,建立了一种采用虎克体模拟锚索或坡面抑制构件、开尔文体模拟滑床、开尔文体或广义开尔文体模拟土质或岩质滑体的锚索-滑床-滑体-坡面抑制件的四体串联式流变模型,推导了锚索拉力松弛的计算方程。实例分析表明:所提出模型的锚索拉力松弛计算值与试验或实测结果的误差小于既有模型的计算误差,计算得到的锚索拉力松弛收敛值的最大计算误差约为11%,松弛历时的最大误差约为10%;锚索拉力松弛率随锚索的直径和弹性模量的增大呈线性增大,随锚孔间距、滑床和滑体的滞后弹性模量与黏滞系数(尤其初期阶段)的增大呈非线性减弱,而滑床和滑体的瞬时弹性模量、坡面抑制构件的弹性模量均对锚索松弛效应影响很小。所建立的方法可用于定量评估预测预应力锚索加固坡体的锚拉力松弛效应,进而可用于分析锚固边坡长期稳定性。

管幕内箱涵顶进中顶部管幕竖向变形预测

上海市中环线虹许路北虹路下立交工程是目前世界上在饱和含水软土地层中施工的横截面最大的管幕法工程。针对实际箱涵顶进施工过程中顶部管幕出现的以隆起为主的竖向变形,根据对箱涵前方滑动土体及箱涵体的力学分析,确定作用于顶部管幕下的附加荷载,进而将顶部中间部分的钢管视为在该附加荷载作用下的倒置于Winkler地基上的弹性地基梁,以此模型预测分析顶部中间部分钢管幕的竖向变形,并同实测结果进行比较,发现二者在规律及大小上都较为接近,说明该预测分析方法具有一定的合理性。

管幕内顶进箱涵顶部管幕承载作用的分析

上海市中环线虹许路北虹路下立交工程是目前世界上在饱和含水软土地层中施工的横截面最大的管幕法工程。根据地面沉降限制要求,并按照以较缓慢速度顶进箱涵且开挖土体过程中前方土体滑动的极端不利情况分析了顶部钢管幕的承载作用,针对钢管不同部分的受力状况不同,主要按两端固定梁以及弹性地基梁2种模型分情况对钢管的不同部分进行计算分析,并对该工程的情况进行了具体的计算。结果发现在箱涵顶进过程中,管幕起到相当大的力学作用,上覆土体的重量有一定量被顶部管幕承担而不向其下面传递,有助于提供箱涵前端网格尺寸经济而合理的设计。

一种微型桩组合抗滑结构内力分析方法

微型桩组合抗滑结构是指把若干根以一定间距排列的微型桩在顶部用板体连接起来,以抵抗滑坡推力的一种新型支挡加固结构。因其具有桩径小、施工快捷、施工人员安全保障高、经济性好等优点,可用于中小型边(滑)坡的治理工程中,尤其是快速抢险工程。根据此种结构的一般受力特征,在计算桩体内力时,提出把该结构在滑面以上的部分视为在滑坡推力作用下的刚架结构,等效分解后对各桩按弹性地基梁利用m法进行解析,其间考虑了受荷段桩间岩土体对桩的推力作用,各桩体在滑面以下的部分视为弹性桩利用k法进一步计算,于是按照先分析上半部分再计算下半部分的方法可确定出该结构内力。分析结果表明,各微型桩承受轴力、弯矩和剪力,其中轴力作用更为主要。以该类结构在四川省广巴高速公路路堑边坡工程中实际应用为例,通过试验说明了所提算法的合理性。

管幕内顶进箱涵时外表面摩擦系数的试验研究

上海市中环线虹许路北虹路下立交工程是目前世界上在饱和含水软土地层中施工的横截面最大的管幕法工程。箱涵外表面与附近浆土混合物或钢管之间的摩擦系数对于箱涵在顶进过程中合理设计千斤顶的顶进推力十分重要。采用室内试验的方法研究了混凝土与配制的5种由膨润土触变泥浆和实际工程中的粘性土形成的浆土混合物之间以及混凝土与钢管之间的摩擦系数,研究结果表明,在纯粘性土时该2种摩擦系数均最大,而随着触变泥浆与粘性土的质量比的增大,摩擦系数则逐渐减小,在纯触变泥浆时摩擦系数则达到或接近最小值。

岩石高边坡工程中埋入式抗滑桩的应用

在说明岩石高边坡开挖工程中最下一级坡通常采用悬臂式抗滑桩结构的一些弊端的基础上,提出在桩前仍适当保留部分岩土体而形成埋入式抗滑桩结构,以改善桩身受力状况。对比分析了埋入式与悬臂式抗滑桩的优缺点,阐明埋入式抗滑桩应用的经济合理性。以工程实例说明埋入式抗滑桩的分析计算以及与悬臂式抗滑桩的具体比较情况,实践表明埋入式抗滑桩的应用有较好效果。

开挖边坡松弛区的确定与数值分析方法

边坡失稳与开挖卸荷在坡体内产生的松弛区有关,正确确定松弛区范围是合理设置加固支挡结构的关键.根据应力分析的结果,阐明了边坡开挖后应力与位移向坡体内部呈衰减变化趋势,由此给出了坡体开挖松弛区的概念;提出可以通过沿水平方向或与坡顶地面线平行的参考线的应力或位移变化曲线确定坡体开挖松弛区范围,给出了用数值分析方法确定开挖松弛区的流程图,并通过工程实例详细说明了确定松弛区的方法.

管幕内顶进箱涵顶部管幕挠度分析

上海市中环线虹许路北虹路下立交工程是目前世界上在饱和含水软土地层中施工的截面最大的管幕法工程。按箱涵顶进土体开挖过程中前方土体的可能滑动的最不利情况分析了顶部钢管幕的挠度问题,以便在设计时对管幕的挠度以及地面的可能沉降有充分的认识。针对钢管不同部分的受力状况不同,主要按悬臂梁、两端固定梁以及弹性地基梁3种模型分情况对钢管的不同部分进行计算分析,并对该工程的情况进行了具体的分析。结果发现当管幕纵向两端自由时在开始进洞阶段钢管上会产生极大挠度,进而对后面顶进过程中钢管的挠曲产生重要影响,整个箱涵顶进过程中钢管的最大挠度出现在两端点处。当管幕纵向两端固定时,钢管挠曲有较大程度地减小,整个过程中最大挠度出现在钢管中点。

岩石高边坡一种预应力锚索框架型地梁的内力计算

根据岩石高边坡的力学特点 ,提出了预应力锚索框架型地梁的内力计算应分锚索张拉阶段和工作阶段分别进行 ,同时框架型地梁的计算宜适当拆分成单片梁的形式计算 ,在张拉阶段和工作阶段可分别按Winkler地基模型和连续梁的方法计算地梁内力 ,并以工程实例说明了具体的计算过程。

岩石高边坡预应力锚索地梁的一种内力计算方法

分析了岩石高边坡工程中预应力锚索地梁在张拉阶段和工作阶段的受力特点,指出二者的根本差异在于地基反力的变化。阐明预应力锚索地梁的内力计算应该分张拉阶段和工作阶段分别进行。介绍了用弹性半无限地基梁和连续梁的方法计算预应力锚索地梁的内力,并以工程实例说明了主要计算过程。

管幕内顶进箱涵时顶部管幕力学作用的试验研究

上海市中环线虹许路北虹路下立交工程是目前世界上在饱和含水软土地层中施工的横截面最大的管幕法工程。为了充分研究箱涵顶进过程中管幕的力学作用,根据相似理论,按照实际工程状况进行了室内模型试验,得到了箱涵推进过程中地面和顶部管幕的竖向位移,以及管幕下土压力的变化特征,发现箱涵前端一定范围内的地层主要表现为竖向沉降变形,顶部管幕在箱涵推进过程中起到一定的承载作用,这对于稳定箱涵前端开挖面是有利的。试验结果对实际工程的设计与施工提供了一定的参考。

管幕内顶进箱涵前端网格内壁土压力分布模式

上海市中环线虹许路北虹路下立交工程是目前世界上在饱和含水软土地层中施工的横截面最大的管幕法工程。在管幕内顶进大断面箱涵(前端嵌固钢板制网格框架)的施工过程中,随着网格后端土体的开挖,作用于网格内壁各面的土压力发生调整,其特点是在距开挖面不同位置处有不同的大小。根据力学平衡条件分析,重新达到平衡状态后,作用于内壁顶面与底面的土压力沿网格纵向呈指数函数分布,内壁侧面的土压力则为沿网格长度方向(纵向)的指数分布与沿高度方向(竖向)的线性分布的叠加,直到在网格前端仍保持相应的原始状态为止。这就为网格尺寸的合理设计打下了重要基础。最后,用室内试验验证了理论计算方法并给出了实例工程网格内壁土压力的具体分布模式。