基于现场试验的CFG桩复合地基桩帽与垫层效应分析

【目的】柔性垫层和桩帽对CFG桩复合地基的桩土应力比、荷载分担比和沉降均有较大影响,但目前柔性垫层与桩帽在现场试验中如何共同影响复合地基特性仍有待进一步的研究。【方法】以CFG桩复合地基软基处理的某路段作为工程背景,在土工格栅层数不变的情况下,对垫层厚度为100 mm、200 mm、300 mm,桩帽尺寸为0.8 m、1.0 m、1.2 m组合下的形式进行了现场原位试验,研究了CFG桩复合地基的桩土应力比、荷载分担比和沉降特性。【结果】现场试验表明:随着垫层厚度由100 mm增大到300 mm,桩土荷载比减小了51.5%,桩土应力比减小了52.5%,总沉降量增大了7.9%;随着桩帽直径由0.8 m增大到1.2 m,桩土荷载比增大了29.0%,桩土应力比减小了29.2%,总沉降量10.4%.本文区域地质条件,宜选用垫层厚度100 mm、桩帽直径为1.2 m的CFG桩复合地基形式。

土质边坡数值模型稳定性的求解精度研究

为尽可能提高土质边坡模型在数值模拟求解过程中的精度,在前人研究的基础上引申了3个影响边坡模型稳定性精度的主要问题,一是模型边界尺寸应该如何确定,二是初始应力场的求解方法应该如何选择,三是边坡模型的网格划分应遵循什么原则可以满足模型的计算精度。基于此,以多个学者研究的典型边坡案例为研究对象,采用FLAC3D对以上3个问题进行了分析并解决。首先,讨论了目前模型边界尺寸确定存在的问题,引入数值模型的复合位移作为判据之一与边坡稳定系数共同确定新的模型边界尺寸原则,在前人基础成果上对边界尺寸原则进行了局部优化,精简了计算模型,并通过实例验证其正确性;其次,讨论了目前初始应力场搭建存在的问题,通过模型稳定系数云图、塑性区应变增量、坡顶位移综合分析弹性求解与弹塑性求解初始应力场的区别,确定了不同的适用情况;最后,分析了目前网格尺寸划分存在的问题,建立不同高度不同网格密度的边坡模型,确定了一种较为合理的网格划分原则。以上3种情况均采用大量边坡模型进行了准确性验证,并采用极限平衡法中的Corps of Engieers#1法及Bishop法作为校核,结果显示,边坡模型计算结果与极限平衡法计算结果极为接近,并且复合位移、最大剪应变增量等判据均满足应力应变分布规律,在一定程度上提高了土质边坡模型在数值模拟求解过程中的精度,具有普遍适用性。

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。

水载预压下复合地基沉降及桩土受力特性分析

以广东省某高速公路T3标段为研究对象,部分路段采用预制管桩复合地基加固软土地基,采用水袋加载的方法进行等载预压,选取3个典型监测断面埋设传感器,监测分析地基土和桩身的沉降、土压力、桩身轴力的变化规律。结果表明:复合地基中桩体为主要的受荷体,设置褥垫层使其产生刺入变形,可有效调动地基土的承载力;荷载在地基中的传递存在滞后性,提升加载速率可有效改善荷载的传递速率,分级加载有助于达到更好的预压效果;过大的加载速率会导致土压力与桩身轴力出现波动,通过荷载重分配实现桩土共同承担上部荷载。采用水载预压联合预制桩复合地基处理软土路基,可降低30%的施工成本,且可有效提升地基工后的稳定性。

成都平原典型土石混合填土地基的强夯试验

为掌握在高能级夯击作用下成都平原地区的土石混合填土地基的力学行为特征,采用现场点夯与满夯试验方法,测试强夯作用过程中地基沉降量和土体动应力,确定夯沉量与夯击次数的关系。结果表明:(1)该土石混合填土地基沉降量的增长速率随夯击次数的增大逐步非线性减小,在4000 kN·m夯击能作用下的最佳夯击次数为10次;(2)地基中动应力随竖向深度或距夯击点径向距离的增加呈非线性减小,动应力沿径向的平均衰减梯度大于沿深度的平均衰减梯度,锤径范围内的径向动应力衰减梯度大于锤径范围外的衰减梯度;(3)土体有效加固深度与夯击能显著相关;(4)等效拟静力法的强夯动应力估算值为实测值的0.48~0.73倍。研究成果可为类似混合填土地基的强夯技术提供参考。

滨海软土超长深基坑开挖时空效应监测分析

滨海软土基坑开挖中的空间效应和时间效应对基坑稳定性具有重要影响。为了控制软土地区基坑变形,本文以穗莞深城际铁路前海站超长深基坑工程为例,通过分析开挖过程中的围护结构水平位移、周边地表沉降、支撑内力等数据,研究超长基坑在开挖过程中的时空效应。结果表明:(1)基坑开挖中空间效应明显,基坑中部围护结构水平位移比端部大18.3%;(2)围护结构位移差异会导致坑边土体出现差异沉降现象,距离坑边相同距离时基坑纵向最大沉降差异达到17.5%;(3)施工间期,同一工况下的支护结构位移及受力均会随着时间的增长而增大;(4)软土地层中前四道混凝土内支撑养护期间,围护结构最大水平位移分别增长了31.2%,30.9%,23.2%,14.4%;(5)工程中应合理考虑基坑开挖的时空效应。

两向不等压非饱和土柱形孔扩张弹塑性解

为了求解两向不等压应力场下非饱和土柱形孔扩张的弹塑性解,基于非饱和土统--强度理论和理想弹塑性模型,推导了两向不等压应力场下非饱和土的弹塑性交界线,并与已有文献解答进行了对比验证来保证计算精度,最后分析了水平和竖向地应力比值、扩孔压力、基质吸力和中间主应力对塑性区半径的影响。研究表明:当λ≤1时,弹塑性交界线相交于θ=30°;当λ>1时,弹塑性交界线相交于θ=60°;在0°≤θ≤30°(λ≤1)和0°≤θ≤60°(λ>1)范围内,弹塑性交界线随水平和竖向地应力比增大而增大;在30°≤θ≤90°(λ≤1)和60°≤θ≤90°(λ>1)范围内则相反。

淤泥质土地层基坑微型桩支护设计及结构受力演化过程分析

针对淤泥质土地层中基坑开挖导致桩侧土体发生位移,进而导致支护结构变形等问题。以福州市某淤泥质土地层基坑工程为例,根据工程概况,对淤泥质土地层的基坑进行微型桩支护结构设计,并开展监测工作,分析咬合桩水平位移、各道支撑轴力随时间的变化规律,同时采用数值模拟的方法进行验证。研究结果表明:咬合桩水平位移随着开挖深度增加呈现先增加后减小的变化趋势,且开挖时间过长易导致桩侧土体产生附加位移;以负值表示承受压力,随着开挖时间增长,各支撑结构承受压力逐渐增加,其中第3道钢支撑承受压力最大;数值模拟及现场监测阶段的咬合桩水平位移、各道支护结构轴力和周边地表沉降表现出一致性。

基于渗流场-应力场耦合作用的基坑土体变形特性研究

对渗流场-应力场耦合理论及耦合作用下土体固结特性进行分析,建立耦合作用下有限元方程及有限元模型。从理论联系实际的角度出发,利用岩土有限元分析软件PLAXIS对某采用复合土钉支护方案的基坑工程进行有限元模拟分析,分别建立不考虑渗流场影响及考虑渗流场-应力场耦合作用的2种计算模型,模拟分步开挖时复合土钉支护结构下基坑土体变形特性,并对2种模型计算结果进行对比分析,通过模拟结果与现场实测数据的对比,结果表明耦合作用下的基坑土体变形计算值与现场实测值较为一致。说明考虑渗流场-应力场耦合作用下的有限元数值模拟方法是可行的,计算结果是合理的,对类似工程具有一定的指导意义。

强夯作用下土体动力特性研究

讨论了用于计算土体动力压密有限元方程的建立及其数值计算方法,给出了山西化肥厂场地动力压密的数值解,得出了相应的应力场、位移场、加速度场等,计算结果与实测结果吻合较好。采用了新的分析模型研究了强夯后土体的振动特性,同弹性模型、理想弹塑性模型进行了比较,两个工程实例的计算结果表明,提出的新模型更加优越。

膨胀土附加应力场对深基坑土压力的影响

采用由假定温度应力场模拟含水率变化引起的膨胀土附加应力场,给出相对热膨胀系数β的求解方法和不同含水率对应的温度变化。以合肥地铁某膨胀土深基坑为例,考虑最大月降雨量降雨和基坑周边土体含水率变化至饱和状态2种情况,研究围护结构在平移模式(T)和绕墙底转动模式(RB)下的土压力分布规律,提出考虑膨胀土附加应力场的土压力修正计算方法。当围护结构位移小于0.3%H时(H为基坑深度),降雨对土压力有影响,最大增量在地表处,为0.44P_e,影响深度约为4 m且线性递减。土体整体饱和时,土压力的增量是定值,为0.57Pe。

基于湿度应力场理论的膨胀土增湿变形分析

应用湿度应力场理论对膨胀土的增湿变形进行了分析,并由无荷膨胀量试验和有荷膨胀量试验确定了相关参数.根据湿度应力场与温度应力场的相似性,利用Ansys软件的热分析功能,计算了膨胀土增湿变形.并通过有荷膨胀量试验的模拟分析,验证了应用温度应力场理论模拟湿度应力场的有效性.

砂土中桩端阻力随位移发挥的内在机理研究

通过模型试验及颗粒流程序数值模拟,较为系统地从桩端周围土体位移场、应力场、孔隙率变化场等角度,对砂土中桩端阻力随位移发挥的内在机理进行了研究。结果表明:不同密实度砂土扩张影响范围的不同是相同位移下桩端阻力存在差异的原因。在桩端阻力发挥的起始阶段,土体位移以竖向变形及斜向下挤出扩张为主。当桩端阻力呈现极限阻力态势时,土体位移以水平及斜向上扩张滑移为主。通过桩端周围土体位移场、应力场、孔隙变化场的相互印证,揭示了随端阻力的发挥,桩端周围土体的球孔状压密-扩张过程。采用颗粒流程序进行数值模拟研究,模拟结果与模型试验具有良好的一致性。

三峡库首区蓄水前后构造应力场三维数值模拟研究

迄今为止,长江三峡库首区蓄水对上地壳构造应力场影响的数值模拟研究中存在的最大问题是未考虑地形“峡谷效应”和库水下渗导致“岩石弱化”的影响。利用高精度DEM图和135 m水位蓄水同期重力异常观测资料,首次建立包含地形单元、库水下渗因素等复杂条件下的三峡库首区上地壳三维数值模型。在Marc软件平台上,以优选加载方案进行数值模拟,揭示135 m水位、175 m水位蓄水条件下库首区上地壳构造应力场的动态变化,发现九湾溪、马鹿池、官渡口、牛口等断裂带挟持区出现最大3.5～5.0 MPa的最大主应力降等有利于高角度正断层失稳的应力场变化,预测175 m水位蓄水影响将呈“继承性”发展。首次提出“二次诱发地震”、“水库诱发地震潜在震源”、“叠加潜在震源”的思想,探讨了蓄水对秭归、巴东2个重点区域断裂稳定性、孕震环境及地震危险性的影响。

一种膨胀土湿度应力场的近似计算方法

构建一种数值与试验相结合的计算湿度应力场的方法,根据湿度应力场与温度应力场的相似性,采用FLAC软件温度应力场模拟原位竖向膨胀力试验,由此确定湿度场线膨胀系数.利用室内模型试验对该模拟结果的准确性进行验证,室内模型试验和数值模拟得到的竖向膨胀力大小接近,规律基本一致,表明此种近似的膨胀土湿度应力场计算方法有效可行.研究可为膨胀土膨胀特性的数值模拟提供借鉴.

冻土地区水渠的温度场和应力场数值分析

建立了含损伤的冻土弹性本构模型,对于在不同冰体积含量和不同温度下的冻结砂土,由该损伤本构模型计算的结果与实测的应力-应变曲线相吻合.利用自行开发的程序进行数值模拟,通过对渠道冻结水分场、温度场、应力场三场的数值计算结果分析,得到了比较准确且符合实际的温度场与应力场、位移场、应变场耦合的计算结果,与前人计算结果相符合,规律一致.算例表明,此程序能够计算冻土材料的相关物理量,且能很好地描述它们之间的关系,可为工程设计和施工提供必要的参考.

土质边坡非饱和渗流场与应力场耦合数值分析

阐述了坡面径流-非饱和渗流分析与应力场耦合分析的重要意义和作用;介绍了在非饱和渗流分析中具有重要作用的土-水特征曲线,包括考虑固结压力条件下的土-水特征曲线,并介绍了部分试验成果以及坡面径流-非饱和渗流耦合分析的计算方法;提出坡面径流-非饱和渗流分析与应力场的耦合计算方法,并编制相应的有限元程序;通过算例对比了耦合与非耦合情况下应力场、渗流场的差异,说明耦合分析更符合实际,且所提出的方法是切实可行的。

路堤荷载下刚柔长短桩复合地基承载特性研究

为研究路堤荷载下刚柔长短桩复合地基的承载特性,结合某桥头过渡段带帽薄壁管桩(pre-stressed thin-wall concrete,PTC)联合水泥土搅拌桩(cement deep mixed,CDM)的软基处理工程,开展了PTC-CDM组合式长短桩复合地基承载特性现场试验,对路堤填筑过程中桩土应力比、荷载分担比以及桩土沉降差的变化规律进行了分析,并进一步采用有限元对刚柔长短桩复合地基的路堤荷载传递规律进行了数值模拟.试验与计算结果表明:CDM桩顶与桩间土应力增长缓慢,PTC桩帽上应力增长相对较快;填土达到一定高度土拱完全形成后,大量的路堤荷载转移至刚性长桩;刚性长桩和柔性短桩的桩土应力比分别达到7.5和2.1;短桩的存在减少了长桩桩顶荷载和上部桩身出现负摩阻力的深度,中性点位置上移;短桩达到一定桩长时再增加其长度,对路基总沉降影响不明显,因此,短桩桩长可根据承载力要求的临界桩长来设计.

冻土墙冻结温度场和应力场耦合的有限元分析

根据传热学和固体力学原理导出了温度场、应力场耦合微分控制方程,并用伽辽金法推导了两场耦合的有限元计算公式。在NCAP-2D有限元程序的基础上扩充了冻结温度场和应力场的有限元程序,使其适应于冻土墙深基坑两场耦合分析。分析结果表明:冻土墙的变形呈一曲线的形式,最大位移发生在跨中顶部;地基因不同的热膨胀系数造成地表和基坑底部位移值不同。数值模拟的系统分析可为冻土墙围护深基坑开挖工程的设计与施工提供科学依据。

黄土高原土壤侵蚀与构造应力场的关系

黄土高原的土壤侵蚀受多种因素的影响,涉及内、外营力因素。本文在前人研究的基础上,初步探讨了构造应力场与土壤侵蚀的关系,认为新构造应力场在某种程度上控制和影响着黄土高原几乎所有的土壤侵蚀方式和类型;经对构造应力场的分析指出,晋陕峡谷的两岸地区是黄土高原侵蚀最为严重的地区。