桩承式加筋垫层路堤荷载分担改进计算模型

桩承式加筋垫层路堤中的关键荷载传递机制是多种现象的组合,包括路堤填土中的土拱效应、加筋垫层的张拉膜效应和地基土的支撑作用,然而,目前针对此方面的研究尚不完善。本文首先以考虑土体被动土压力发挥程度及桩间土应力非均匀分布改进的Hewlett土拱模型为改进载体;其次,假定加筋垫层为上、下部受均布荷载作用的简支梁,截面拉应力完全由加筋体承担,压应力完全由垫层材料承担,同时考虑地基土反力与梁最大挠度相关,引入地基反应系数,从而建立改进的桩承式加筋垫层路堤荷载分担计算模型;最后,通过工程实例与模型参数分析,验证本文计算模型的可靠性与准确性。研究结果表明:在路堤填筑过程中,土拱效应逐渐完全发挥,促进路堤荷载向桩体转移;随着地基土固结,桩体承担的路堤荷载也在逐渐增大;路堤填土高度、填土内摩擦角、桩间距对桩体荷载分担影响较大,加筋体抗拉模量对其影响较小。

TBM引水隧洞组合结构联合承载特性及荷载分担率研究

为探究TBM引水隧洞在Ⅴ类围岩条件下组合结构联合承载特性影响及荷载分担率研究,基于有限元软件,依托榕江关埠引水隧洞工程,建立三维计算模型,开展管片的施工开挖及受力,对计算结果进行特性分析。结果表明:TBM隧洞施工开挖开始至结束地表的断面竖向沉降值逐渐增加,且开挖的开始和结束阶段是较为危险阶段,实际工程中应给予重视监测;组合结构联合承载中管片的竖向位移和最大压应力均小于管片单独承载,且外压工况下管片压应力最大,最大值为18.22 MPa,均满足相应的规范要求;外压控制下主要由管片承担荷载,钢圈和锚杆作为储备力分担荷载,其中管片平均承担93.06%,内张钢圈平均分担6.11%,锚杆平均分担0.84%。因此组合结构可为引水隧洞工程中管片的安全设计提供参考。

基于仿真模型的隧道支护结构荷载分担比例研究

为了解隧道初支与二衬荷载分担比例,文章以某公路隧道Ⅳ级围岩段为分析对象,利用有限差分软件建立地层结构数值模型,分析隧道结构位移、应变及应力时程关系曲线,并求解相对应荷载比值,以确定初支、二衬荷载分担比例。研究表明:从位移层面确定初支、二衬荷载分担比例为87%、13%,从应变角度确定初支、二衬荷载分担比例范围为65%~70%、30%~35%,从应力方面确定初支、二衬荷载分担比例为60%、40%;应力较之位移、应变结果更为准确,初支、二衬荷载分担比例为60%、40%更符合实际。

桩承式加筋路堤荷载分担计算改进模型

基于桩间的土拱效应与加筋效应开展融合分析,建立了桩承式加筋路堤荷载分担计算的改进Hewlett模型。首先,根据土拱是否处于塑性状态,结合桩-土竖向受力平衡条件,分别求解球形拱和平面拱控制方程,并对路堤荷载进行初分配。然后,假定加筋带上覆荷载为更符合实际工况的倒三角形分布,并使用文克勒地基模型考虑加筋带影响范围内的桩间土反力,无需预设土工加筋挠度形式,即可构建并求解土工加筋受力平衡控制微分方程,进而由加筋效应对路堤荷载进行再分配。综合工程实例验证与讨论,并通过多模型对比分析,表明改进模型能够合理预测荷载分担与土工加筋受力结果。参数分析表明,改进模型能够合理预测几何、材料参数变化对桩承式加筋路堤荷载分担的影响。

不同溶洞条件下穿越溶洞桩基础竖向荷载传递机制

穿越溶洞桩基础竖向荷载传递机制是特殊岩溶发育地区桥梁基础设计的核心问题.依托新建沪渝蓉高速铁路马河特大桥24#号墩岩溶桥基工程,开展区域地层(上覆粉质黏土层,下部风化灰岩)中桩基础竖向受荷现场试验.结合有限元数值模拟方法,研究有无溶洞、不同溶洞直径和不同溶洞位置等因素对穿越溶洞桩基础竖向荷载传递机制的影响规律.研究结果表明:(1)相比于无溶洞条件,溶洞存在导致桩基竖向承载力降低,溶洞以上的桩侧摩阻力减小,溶洞以下的桩侧摩阻力增大,桩身压缩量增加;此外,溶洞存在降低了桩身侧阻的荷载分担比,有利于发挥端阻.(2)在不同地层中,溶洞直径变化对桩侧摩阻力的影响有所不同.下部岩层中桩侧摩阻力随着溶洞直径的增大而增大,而上覆土层中变化不明显;整体看来,桩侧摩阻力的荷载分担比随溶洞直径的增大而减小,端阻力占比随之增大.(3)随着溶洞深度的增大,溶洞以上岩层中桩侧摩阻力减小,溶洞以下在1倍溶洞直径范围内桩侧摩阻力增大,桩身压缩量和桩身荷载分配的变化不明显.

循环荷载下粉煤灰复合地基竖向承载特性模型试验研究

为研究粉煤灰单桩复合地基竖向循环承载特性,开展在循环荷载作用下的室内模型试验。通过监测桩身及土体变化情况,分别从桩顶累计沉降、土压力、桩身内力等方面进行分析。试验结果表明:循环桩顶累计沉降前期呈现快速增长,而循环荷载比临界值为0.6,将后期沉降变化划分为稳定型和增长型两种趋势;桩侧土压力主要影响桩身上半部分土体,并沿竖向和径向均出现衰减现象,且竖向衰减更为明显;对桩端阻力强化系数Z和桩侧阻力弱化系数D分别进行拟合,可得到对实际工程中不同循环周期下桩端、桩侧阻力强弱变化情况分析,具有参考依据的函数方程;循环荷载下的桩端/桩侧荷载分担比呈现动态变化,循环周期的增加,将会存在桩端所占承载比例超越桩侧所占比例的占比反超点,循环幅值越大,出现反超点所需的循环次数也越少。

水泥土桩复合地基桩土分担荷载的试验研究

本文结合水泥土桩复合地基载荷试验， 现场量测了桩顶反力、桩间土反力， 分析了复合地基的桩土应力比、桩体应力集中系数、桩间土应力减小系数，并对复合地基中桩土分担荷载的特性进行了研究。

刚性桩复合地基在不同荷载下的桩土分担特性

利用解析解答对刚性桩复合地基在竖向荷载下的工作特性进行了较深入的分析,着重讨论了桩土应力比及荷载分担比等随复合地基荷载、垫层厚度、垫层模量、桩长、桩间距、桩间土模量和桩端土抗力系数等因素变化的规律.计算结果表明,竖向荷载作用下,桩土应力比随复合地基荷载、垫层模量、桩长和桩间距的增加而增大,随垫层厚度和土体模量的增加而减小,同时也表明复合地基的设计参数有合理的取值范围.

桩承式加筋路堤桩体荷载分担比计算

基于最小势能原理,分析了路堤填土、水平加筋体、桩(桩顶托板)及桩间土之间的相互作用,得到了桩体荷载分担比。研究了桩间距、路堤高度、桩顶托板宽度、路堤填土剪切模量、水平加筋体拉伸强度及桩土相对刚度对桩体荷载分担比的影响。结果表明:桩间距、路堤高度、托板宽度及桩土相对刚度对桩体荷载分担比影响较大,路堤填土剪切模量的影响次之,而水平加筋体拉伸强度的影响很小。设计桩承式加筋路堤时,主要应通过增大路堤高度与桩间距之比及桩顶托板宽度与桩间距之比来提高桩体荷载分担比。

岩土破损力学——结构类型与荷载分担

岩土破损力学是不同于岩土断裂力学和岩土损伤力学的新理论。介绍了岩土破损力学中分宏观、细观和微观3个层次的研究方法,把结构性岩土材料划分为碎裂结构、散块结构、包络结构和浮悬结构4种类型,并讨论了分别确定结构体和结构面分担荷载的基本原则。

长短桩组合路堤桩荷载分担规律离心模型试验与数值模拟

采用离心模型试验和三维有限元法,探讨路堤荷载下长短桩组合路堤桩的荷载分担规律。共进行4组离心模型试验,得到不同桩长比时长桩和短桩的桩土应力比随分级加载过程的变化曲线,以及相应的长桩和短桩桩身轴力的传递规律。基于离心模型试验的基本参数建立三维有限元模型,采用Gibson地基模拟离心场中软土地基强度沿深度方向逐渐增大的特性。计算结果与离心模型测试结果的对比验证模型建立的合理性;并且进一步研究长短桩组合路堤桩应用于存在持力层时的层状地基中的桩土荷载分担规律。研究结果表明:随着荷载的增加,长桩分担的荷载逐渐增大,而短桩和桩间土分担的荷载逐渐减小,且都趋于稳定值;桩长比越大,长桩分担的荷载越大;存在持力层时的层状地基更有利于长短桩组合路堤桩加固效果的发挥。

路堤荷载下双向增强复合地基荷载分担比及沉降计算

针对路堤荷载下双向增强复合地基受力变形特性,以单桩有效影响范围内的路堤与复合地基为分析对象,引入大挠度环形薄板考虑加筋垫层的"柔性筏板效应"与"拉膜效应",同时通过假定桩土相对位移模式,考虑地基成层性,从而建立了路堤、水平加筋体、桩体、桩间土协调变形三维模型,获得了路堤荷载作用下双向增强复合地基的荷载分担比及沉降计算方法。采用某工程试验数据对该计算方法进行验证,同时分析了路堤高度、桩帽宽度、筋材抗拉模量对中性点位置、桩土差异沉降以及复合薄板中面最大拉应力的影响,结果表明该方法所求得的荷载分担比及沉降与实测值较为接近,证明了其合理性。

长短桩复合地基荷载分担比的试验研究

为了研究长短桩复合地基竖向荷载分担比的变化规律,在室内模型试验的基础上,对不同桩间距、垫层厚度、长桩长度、短桩长度、长桩模量和短桩模量等情况下长短桩复合地基荷载分担比的变化性状进行了分析。结果表明,随桩间距的减小,长桩和短桩的荷载分担比均增大,桩间土的荷载分担比减小,通过减小桩间距来提高长桩荷载分担比是不经济的;随垫层厚度的增加,长桩的荷载分担比减小,桩间土的荷载分担比增大,短桩的荷载分担比变化较小,垫层的设置能明显改善桩、土荷载分担的分配;随长桩长度的增加,长桩的荷载分担比增大,桩间土的荷载分担比减小,短桩的荷载分担比变化较小,增加长桩长度能一定程度提高长桩荷载分担比;短桩长度对荷载分担比的影响较小;随长桩模量的增大,长桩的荷载分担比增大,桩间土的荷载分担比减小,短桩的荷载分担比变化较小,增加长桩模量能显著提高长桩荷载分担比;随短桩模量的增大,长桩的荷载分担比减小,短桩和桩间土荷载分担比均增大,增加短桩模量对荷载分担比分配有一定影响。

桩承式加筋路堤荷载分担比计算方法

针对桩承式加筋路堤作用机理复杂的问题,分析路堤填土-筋材-桩-桩间土在路堤荷载作用下的荷载传递机理.根据位移、应力连续条件,将路堤填土和加固区作为统一的整体考虑.将一定厚度水平向的加筋垫层视为具有刚度的薄板,考虑土工格栅的加筋作用,采用大挠度薄板理论计算筋材的挠曲变形.考虑路堤填土的土拱效应和路基桩土相互作用,推导在桩体打穿和未打穿软土层2种情况下桩承式加筋路堤荷载分担比的求解方法.采用相关文献中的模型试验结果对提出的计算方法进行验证.结果表明,采用该方法计算出的桩土应力比与实测结果比较接近,可为工程实践提供设计理论参考.

桩筏(箱)基础的荷载分担实测、计算值和机理分析

根据国内外 17 幢建筑物的桩筏(箱)荷载分担的大量现场实测资料,以及实用简易计算公式、半理论-半经验反算公式、有限元结合统计的实用计算公式和桩筏(箱)荷载分担计算公式的计算结果,对 20d×20d 的桩筏基础进行共同作用的定性机理分析,并加以综合,论证荷载分担的合理性,特别是计算结果和 8 幢现场实测资料进行比较的结果相当吻合。最后,提出合理可行的具体建议:对于武汉和上海的两种不同地基,筏箱底板分别可承担 15 %～20 %和 5 %～10 %建筑物的荷载,并经公式计算,由工程师结合当地经验和自己的创造性确定,以期能早日列入规范,节省投资。

刚-柔性桩复合地基荷载分担比研究

为了分析刚-柔性桩复合地基的荷载传递机理,基于弹性计算模型,根据刚-柔性桩复合地基的荷载与沉降关系,通过理论推导获得了荷载分担比的解析解,该解析解全面考虑了褥垫层、刚性桩、柔性桩、地基土的性质、面积置换率等影响因素.根据有限元数值模拟结果,对影响荷载分担比的各因素分别进行拟合,建立了荷载分担比简单实用的拟合公式.对比研究发现,荷载分担比的解析解与实测结果吻合较好,拟合公式具有一定的地区性,但总体上可以满足工程要求,可以通过积累各地区的试验参数对该公式进行适当的修正.

V级围岩小净距隧道二次衬砌支护荷载分担比优化研究

以某V级围岩小净距隧道为研究对象,借助数值分析手段寻求小净距隧道在多种荷载分担比组合下的力学行为特征,研究了先行洞和后行洞围岩支护的荷载分担比优化问题。结果表明,先行洞在围岩和初期支护共同荷载比不变的情况下,围岩相对初期支护承担较小荷载为宜,二次衬砌荷载分担比的优化值为从大往小趋向60%;后行洞在二次衬砌荷载分担比60%条件下,二次衬砌支护对地表沉降抑制效果较差,确定二次衬砌支护荷载分担比的优化值为从大往小趋向70%。研究成果为类似小净距隧道围岩支护荷载分担比优化提供了新的思路。

北京地区群桩基础桩土荷载分担的现场试验研究

对一系列足尺群桩竖向静载荷试验的部分结果进行的分析和总结。试验采用钻孔灌注桩,方案包括单桩、三桩、六桩纯摩擦和端承摩擦桩各一组。首先对试验作了简要介绍。然后对比分析了单桩和群桩、群桩中桩数(桩距)以及端承条件不同(纯摩擦与端承摩擦)等影响因素下,不同方案所得到的基底桩间土反力分布、承台下各桩荷载分配的规律以及桩土荷载分担情况等一系列有意义的结果。试验表明,对于本次试验的具体情况,在桩距为3.08D下,群桩基础桩间土可以分担24%鶫27%的荷载,在桩距4.35D下,可以分担35%鶫42%的荷载。因此,在北京地区可以在桩基设计中适当考虑桩间土分担荷载的作用,同时用改变桩基结构(布桩形式、桩距、端承条件等因素)的方法调整桩土荷载的分布特征和分担比例。

圆形压力隧洞衬砌与围岩荷载分担比研究

结合水工压力隧洞衬砌开裂以后围岩-衬砌混凝土-钢筋联合作用的实际性状,借助于非线性有限元程序,对围岩与衬砌(混凝土和钢筋)联合作用和材料性态进行模拟,建立起精细的、高度仿真的二维(平面应变)数值模型。经过数值分析,得到了在满足规范要求且经济合理的配筋量条件下衬砌与围岩的荷载分担比、裂缝宽度和裂缝分布规律、混凝土的应力分布规律、钢筋的应力分布规律。对衬砌与围岩发生相对滑动以及围岩参数变化对荷载分担比的影响进行了分析,发现衬砌与围岩出现相对滑动时,需要增加配筋量;围岩参数变化时,对相邻裂缝间距(裂缝条数)影响很大,衬砌的荷载分担比略有上升趋势。

分层土中桩筏基础荷载分担问题的有限元分析

采用三维有限元方法建立桩筏基础模型来考虑各种影响因素对桩土分担比的影响。地表硬壳层的存在能够有效地提高筏板的分担作用。通过对不同桩距和布桩方式桩筏基础的计算,发现当桩距径比增大时,桩间土的承载作用有显著提高,但当大于7d之后则无显著变化。此外,还研究了不同桩端土的相对刚度以及应力水平下桩筏基础共同作用性状,可供工程设计人员参考,以优化设计并满足较高的经济性。