花岗岩残积土边坡水平拱高竖向变化规律

边坡抗滑桩土拱高度决定了桩及桩间措施的受力分配.本文研究土拱高度沿桩长方向的变化,为边坡抗滑桩及桩间措施的精细化设计提供理论基础.首先采用数值模拟技术,研究土拱高度沿桩深方向的变化规律;继而结合理论分析,建立桩间土拱的力学模型,并提出可考虑埋置深度的桩间土拱高度计算方法.研究结果表明,土拱高度在桩顶及以下不同深度处变化明显,滑面以上桩顶以下4.5 m范围内有土拱,滑面以下可不考虑土拱影响.

落水洞上覆路堤土工加筋设计新方法

为了改变由于土工织物的存在抑制了落水洞上覆路堤土不均匀变形,使得路堤中的土拱效应和剪应力不能完全发展的问题,提出了基于不完全发展的土拱效应的设计方法.首先根据Handy的土拱为最小主应力拱的假设,利用摩尔圆推导出了在土工织物不同挠曲变形时土中剪应力的计算方法.然后将其与土拱效应的计算理论相结合提出了不完全发展的土拱效应计算公式.最后考虑不同的填土高度,以不完全发展的土拱效应计算理论为基础得到土拱高度确定方法.利用数值分析和本文方法以及现有的设计方法分别计算同一算例,结果表明,所提出的方法与数值分析计算结果更为接近.这证明在用土工织物加固落水洞上覆路堤时考虑土中剪应力的不完全发展更符合工程的实际情况.

基于土拱效应的桩承式路堤承载变形计算研究

从桩土差异沉降、土拱效应、荷载分配三者的关系出发,提出桩体向上刺入路堤的体积等于土拱区体积的压缩量的假设,通过对桩承式路堤进行力学分析,并结合其变形协调特性,推导出用差异沉降表示的桩土应力比以及拱高的计算公式.采用模型试验和数值模拟结果对该方法进行了验证,并分析了桩土面积置换率、填土高度、填土内摩擦角对桩土应力比以及拱高的影响.结果表明了该方法所求得结果与实测值较为接近,验证了其合理性.

桩承地基土拱高度计算方法的研究及分析

综合考虑路堤填土高度、填土性质、桩帽大小及桩间距等因素,提出简便的土拱高度计算方法。具体分析了桩帽大小、桩间距,以及路堤填料高度和性质等因素对土拱高度及土拱高度与桩净间距之比的影响。结果表明:土拱高度受填土性质、桩帽、桩间距及填土高度等因素影响,其中受摩擦角、桩帽大小和桩间距影响较大,在设计时可首先考虑加大桩帽、减小桩间距或增加填料摩擦角的方式降低土拱高度来满足工程需求。在实际工程正常参数取值范围内,土拱高度大概集中在1.02～1.42倍的桩间净距范围内。

柔性桩桩承式加筋路堤的差异沉降分析

针对柔性桩桩承式加筋路堤,建立路堤-网-桩-土相互协调共同工作的荷载传递模型,通过改进的路堤荷载传递模型和假定的柔性桩桩侧摩阻力分布模式,获得土拱效应、拉膜效应和桩土相互作用耦合下的桩土差异沉降、路堤等沉面高度等计算公式.通过工程实例的分析计算,验证计算模型的合理性.结果表明:路堤等沉面高度和桩土差异沉降均随路堤填土内摩擦角的增大先减小而后增加,随桩体压缩模量、桩土压缩模量比、桩间距增加而增大,随桩间土压缩模量、土工格栅抗拉强度、置换率的增加而减小;路堤等沉面高度随路堤填土压缩模量增加而增加,随路堤填土容重和填土高度增加而减小;桩土差异沉降随路堤填土压缩模量增加而减小,随路堤填土容重和填土高度增加而增大.

土钉支护边坡临界高度的上下限解

从土钉支护结构的摩擦加筋原理和似粘聚力理论出发 ,利用极限分析法的上下限定理 ,分别推导两种原理下土钉支护边坡临界高度的上下限解 ,并分析它们对临界高度的限定范围、两种理论参数间的相互关系 。

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。

桩承式路堤土拱效应分析的改进有限元模型

土拱效应在桩承式路堤中的桩土荷载分担方面具有重要作用。本文提出了一个改进的三维有限元模型来模拟土拱效应。该模型利用不同刚度的弹簧来模拟桩与桩间土,不需建立桩与土体模型,提高了计算效率。结合现场试验及其他学者提出的理论证明了模型的有效性。通过改变路堤分布荷载以及路堤填料的内摩擦角进行对比试验,数值分析结果表明,土拱存在最大、最小两个临界拱高,且不同位置的桩间土体受土拱效应影响不同。等沉面高度与土拱最大拱高并不完全一致,土拱效应的产生滞后于沉降差。在不同路堤填土内摩擦角情况下,路堤填土的应力及沉降分布基本不变,随着路堤填土内摩擦角的增大,路堤沉降有效减小。研究结果可为工程设计人员提供有益的参考。

基于土拱理论的土体坍塌机理研究

在均质堤基或典型双层堤基中由于各种原因形成土洞,其轮廓线是拱形。将土拱近似为三铰拱,应用结构力学中三铰拱合理拱轴线的求解方法,推导了土拱的近似合理拱轴线方程。应用太沙基提出的土拱效应存在条件,推导了在粘性土和无粘性土的土拱的最小拱高和最小拱厚计算公式,分析了拱形参数的合理性及形成稳定土拱的条件。应用本文的土体坍塌机理研究可以用来判断土洞的稳定性。

基于小主应力轨迹的上埋式涵管竖向土压力非线性描述

针对上埋式涵管竖向土压力的非线性描述,考虑土拱效应和管土相对刚度的影响,建立了圆弧、抛物线和偏转角线性变化3种小主应力轨迹下上埋式涵管竖向土压力的非线性解答,继而结合等沉面高度确定给出应用步骤,并对比文献模型试验、现场实测和数值模拟验证了正确性和适用性,最后进行工程选用探讨。研究结果表明:所得解答合理呈现了上埋式涵管竖向土压力沿水平方向的非线性变化,具有广泛的理论意义和工程应用价值;3种小主应力轨迹解答的适用范围不尽相同,圆弧小主应力轨迹解答对低填方的刚性涵管和柔性涵管均有很好的适用性,偏转角线性变化小主应力轨迹解答常提供稍偏保守的土压力载荷,抛物线小主应力轨迹解答可应用于高填方柔性涵管但易出现明显的高估。

负压状态下无衬砌土拱的稳定性分析

无衬砌土质输水通道或洞穴中常会出现负压力 ,它对周壁的土体将产生气蚀切割和反向渗透潜蚀破坏 ,从而导致拱顶土体的垮落 ,以达到新的平衡。随着负压力的增大 ,拱顶垮落高度也不断增大 ,但增长幅度却逐渐减小 ,直至趋于垮落极限值 1 333b1 /fk。这表明对有负压存在的土质通道或洞穴 ,其上覆土层的最小保护层厚度应大于该值 ,否则将会产生地面塌陷等灾害现象。

考虑土拱渐进发展的松动土压力研究

结构上方土压力的确定是顶管工程设计和施工中的重要环节,施工中地层损失所引起的上方土体相对滑动使得竖向土压力减小,即形成土拱效应。在Terzaghi松动土压力模型的基础之上,通过水平微分土条的主应力轴偏转角的分析构建了平衡方程,考虑了施工深度以及地层损失对滑移破坏面形态的影响,并利用土拱形成的初始状态和稳定状态的边界条件分别进行了求解计算,分析了土拱效应的渐进发展趋势。经过对比分析,验证了计算模型的合理性,结合顶管施工的实际情况,探究了土体剪胀角和摩擦角对土拱效应的影响,为顶管施工中的土压力计算提供参考依据。

桩承式路堤平面土拱等沉面高度影响因素分析

通过二维数值模型,模拟了桩承式路堤中土拱效应的极限情况,分析了影响等沉面高度的因素,结果表明桩径和桩间距的变化是影响等沉面高度变化的最重要的两个因素,随着桩间距的增大或者桩径的减小,路堤填土中等沉面高度逐渐升高。

抗滑桩截面尺寸对土拱性状的影响

抗滑桩在高边坡的治理中应用广泛,土拱性状(包括土拱类型和土拱高度)对抗滑桩的设计有重要意义,而土拱性状会受抗滑桩截面尺寸的影响。本文首先采用数值模拟分析桩截面尺寸对土拱性状的影响;继而结合力学计算解释土拱类型及土拱高度变化的原因。结果表明,在桩间净距一定的情况下,随着桩截面尺寸的减小,土拱类型更易于从端承拱过渡到摩擦拱。对于端承拱,土拱高度主要受桩背宽度及桩背所受应力的影响,且随着桩背宽度的增大,土拱高度随之增大。对于摩擦拱,土拱高度主要受桩截面高度及桩截面高度所受应力的影响,且随着桩截面高度的增大,土拱高度也随之增大。

桩承式低填路堤土拱效应的数值模拟

利用数值模拟试验研究低填路堤下土拱效应的特性.通过建立三维土拱模型,研究影响土拱效应的主要参数——桩布置形式、桩间距、填土高度和扩大头直径间的相互关系.结果表明,无论是三角形还是正方形布置形式,钉形桩的应力分布具有显著的空间对称性;在布置形式、填土高度和桩间距等参数一定的条件下,随着钉形桩扩大头直径的增加,土拱效应发挥程度降低,当扩大头较大,相邻两桩桩边缘较近时,群桩的挤土作用较明显;在正方形桩体布置形式下,填土路堤中应力分布较均匀,挤土作用下的土拱形态对称性比三角形布置形态要好,但桩土应力比却并不一定比三角形的大.在设计中需要综合考虑填土高度、扩大头直径以及桩的布置形式等因素.

基于透明土技术的桩后土拱效应特征分析

为研究圆桩后土拱效应的特征及演化过程,从细观角度开展了基于透明土技术的桩土相互作用试验研究.首先开展了透明土配比试验,获取物理力学性质适宜的土体;其次设计了试验系统并得到透明土与桩相互作用的散斑场图像;最后通过particle image velocimetry (PIV)技术分析得到位移矢量图,进一步分析得到透明土位移变化规律.研究结果表明:通过位移矢量图可以得到圆桩作用下土体运动趋势及土颗粒的位移特征,并可进一步解译得到位移等值线构成的拱形结构,即桩后土拱结构,呈现出抛物线形,其范围与桩径、桩间距及深度有相关性;桩径越大,土拱区域越大,桩径30 mm时,土拱高达100 mm,桩土相互作用的影响范围越大;桩间距越大拱高最大值越大,桩间距80 mm时,土拱高也达100 mm;不同深度下土拱拱高在变化趋势上有较大的相似性,深度越深,土拱的最大拱高越小,深度50 mm时,拱高60 mm;通过拟合公式得到,土拱最大拱高沿桩身方向从桩顶至桩底呈逐渐减小趋势,同时随土体位移增加,表现出先增大,后趋于一稳定值的特征,其稳定值的大小与桩径呈正相关、桩间距呈正相关及深度呈负相关.

桩承式加筋路堤等沉面高度影响因素分析

以台缙高速公路桩承式加筋路堤工程为依托,利用有限差分软件FLAC3D建立了桩承式加筋路堤三维数值模型,研究了桩帽净间距、路堤填土内摩擦角、路堤填土粘聚力、水平加筋体拉伸强度对等沉面高度的影响。计算结果表明:等沉面高度与桩帽净间距的比值为3.0～3.7;路堤填土内摩擦角越大,等沉面高度越小;路堤填土粘聚力、水平加筋体拉伸强度的大小对等沉面高度没有影响。

桩承式路堤中填土高度对土拱效应作用的试验研究

为研究低填路堤下应力分布特点,结合武汉市中北路延长线的实际工程,在路堤填土过程中进行了土压力和沉降观测,研究了填土过程中土压力和沉降的变化特点,分析了填土过程中土拱效应的形成规律.试验结果表明,在填土较低时,土压力的分布不均匀,而填土较高时,路堤中土压力分布比较均匀;而且随着填土高度的增加,桩顶及桩间土都有沉降趋势,并且桩间土沉降明显大于桩顶沉降.三角形布置形式下,土拱分布在三角形桩布置形式的各边上,土拱效应在桩土间是逐渐发挥的,并且在填土高度达到0.5s(s=桩中心距)时,土拱效应开始显著发挥.

暗挖隧道掌子面稳定条件分析

浅埋暗挖隧道掌子面稳定是隧道施工的前提,暗挖隧道掌子面拱部因开挖土体会向隧道内挤压移动造成土层变形,土层中应力重新分布而形成纵向土拱可承担上部土体的荷载,保持顶部掌子面稳定。隧道掌子面未开挖土体受竖向力及土层深处水平力作用形成滑裂面的基本特征是倾斜的滑动平面。研究非粘性土层、粘性土层隧道核心土作用和不同性质土层,确定隧道最大开挖高度。

基于ABAQUS的桩板墙桩后土拱效应分析

桩板墙因其结构简单,被广泛应用作为边坡支护的方法.但其受力却较为复杂,目前对桩板结构的土拱效应研究不多,主要依据抗滑桩的土拱效应,并未考虑板对于土拱效应的影响.利用ABAQUS软件建立悬臂桩板墙结构的平面应变模型,通过改变桩间挡土板的位置、挡板与桩体的相对刚度以及桩间净距,对土拱的变化规律进行研究.研究表明:板越靠后,土拱效应越弱,土拱矢高越小;板的刚度越小,土拱效应越强,土拱矢高越大,且设板位置对土拱影响较大;桩间净距越大,土拱效应越弱,但土拱矢高却越大.