确定交叉巷道锚杆支护参数的围岩平均应力集中系数分析方法

大跨度交叉巷道多采用锚杆支护,支护后巷道周壁应力分布的均匀程度可以作为评价支护参数合理性的指标。将支护后巷道周壁某一点大主应力与周壁大主应力均值的比值定义为围岩平均应力集中系数,用该系数表征巷道围岩的应力分布均匀程度。以某铁矿交叉巷道为研究对象,根据矿山工程条件及均匀设计试验方法,选取锚杆长度、锚杆间距和锚杆排距3个锚杆支护参数设计4种不同的支护方案,分别计算未支护与4种支护方案下巷道周壁的围岩平均应力集中系数,通过对比分析,确定最优的交叉巷道锚杆支护参数。结果表明:未支护时,巷道周壁围岩平均应力集中系数在0.3~2.9,应力分布极不均匀;锚杆支护后,最大围岩平均应力集中系数与未支护时相比降低幅度超过50%,围岩应力分布得到较好的改善;确定最优的支护参数为锚杆长度2.2 m、锚杆间距1.1 mm、锚杆排距1.0 mm,此时巷道周壁的围岩平均应力集中系数在0.9~1.19,其变化幅度仅有0.29,围岩应力分布较均匀;围岩平均应力集中系数能对围岩应力分布的均匀性进行有效评价。

矩形面荷载下地基土平均附加应力系数计算结果比较

在计算地基土附加应力系数及平均附加应力系数时发现《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2002)表K.0.2中给出的平均附加应力系数存在一定的误差。采用了两种方法进行计算:一是借助于Matlab推导出平均附加应力系数积分式的结果显式表达式,从而代入公式对附加应力系数进行直接计算;二是基于积分式采取数值积分法求解。计算发现,当后者的积分步长足够小时,与前者所得结果十分吻合。给出了按积分结果显式表达式计算出的GB50007—2002表K.0.2的对应表。

垂直荷载下地基平均附加应力系数公式推导

按照《建筑地基基础设计规范》(以下简称《规范》)[1]进行地基沉降计算,要使用地基平均附加应力系数。目前,该参数一般都是通过查表内插获得,虽然方便,但结果会因人而异。笔者利用积分法导出常见基础下地基平均附加应力系数计算公式,并编制了Excel计算表。通过对比,矩形基础角点及圆形基础中点均布荷载下的数据(以下简称"公式数据")与《规范》及相关书籍中的数据(以下简称"表列数据")完全一致,而矩形基础三角形荷载下的公式数据与表列数据有些误差,本文对这些误差也进行了分析。虽然未见到条形基础的表列数据,但实际工程中条形基础仍大量存在,因此,本文也给出了其推导公式。以上公式可极大地方便工程技术人员在实际工作中的运用。

沥青稳定基层压缩蠕变试验合理应力水平研究

首先确定研究沥青稳定基层的永久变形采用单轴静态压缩蠕变试验较为合适。然后通过选取沥青稳定基层路面的典型结构参数,计算沥青稳定基层内部压应力的分布,分析结果显示轴载以及面层厚度是影响基层内部压应力的关键因素。接着讨论沥青稳定基层的平均应力系数,进而确定沥青稳定基层永久变形试验的合理应力水平。最后通过试验段的实测结果,验证理论分析结果的正确性,认为针对于沥青稳定基层材料进行的蠕变试验采用0 2～0 4MPa的加载应力是合理的。

沥青稳定基层单轴蠕变试验中应力水平的确定

首先基于沥青稳定基层变形特性的分析,提出较简单的单轴静态压缩蠕变试验能较好地完成其变形测试;然后选取典型路面结构参数,通过弹性层状体系分析程序BISAR3.0计算沥青稳定基层内部压应力的分布。结果表明:确定蠕变试验合理的加载应力中两个最重要的影响因素为面层厚度与轴载大小;然后再以Shell平均应力系数理论,分析不同面层厚度和轴载情况下沥青稳定基层的平均应力,确定出合理的蠕变试验应力水平值;最后通过室内蠕变试验的结果分析进行验证,表明对于沥青稳定基层材料进行的单轴蠕变试验采用0.1～0.5MPa的应力是合理的。

在地基沉降计算中用积分方法求解平均附加应力系数

通过对附加应力系数在深度z方向上的积分，得到了矩形面积上均布荷载和三角形分布荷载的平均附加应力系数解析表达式。采用解析表达式计算的平均附加应力系数与《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2002）附录K的成果存在差异，通过理论推导和算例验证，证明解析表达式的计算结果更为准确。

地基沉降量计算的规范法与分层总和法的对比分析

根据hooke定律,推导出地基沉降计算中平均附加应力系数的计算公式,并与附加应力系数进行了对比,导出矩形基础均布荷载条件下的平均附加应力系数公式,平均附加应力系数的物理含义是附加应力系数的对地基深度的积分平均值,其在数值上大于等于附加应力系数。计算地基沉降量时,规范法应用附加应力的积分平均值,分层总和法应用附加应力的算术平均值,分层时两者都要求地基土层压缩模量不变。

竖向荷载下桩身压缩和桩基沉降变形研究

随着我国建设规模的扩大,桩基础领域发展迅速,长桩基础被越来越多的工程所采用。工程实测表明,桩侧土模量较高的非软土地区,长桩静力试桩的荷载传递和桩身压缩性状与软土地区超长桩性状相似,长桩的桩身压缩量相当可观,计算中应予以考虑。目前的桩身压缩测试结果大都基于工程试桩所得,通过现场大型单、群桩模型试验,深入研究群桩基础承载力、桩身压缩和土体压缩沉降性状。主要研究内容如下:(1)通过系统模型试验,研究单、群桩基础的承载力性状。群桩中基桩桩身轴力、侧阻力的分布形式因位置的不同而不同。群桩端阻表现出明显的沉降硬化效应,即随着群桩基础沉降的增大,端阻力都会有不同程度的提高,且在较小桩距条件下提高程度较大,在较大桩距条件下提高程度较小。(2)工程实测表明,桩身压缩产生的沉降始于加载初期,并伴随加载全过程。桩侧土压缩模量较高的非软土地区,长桩静力试桩的荷载传递和桩身压缩性状与软土地区超长桩性状相似,长桩的桩身压缩量相当可观,计算中应予以考虑。(3)群桩试验表明,桩间土的竖向变形在桩顶处最大,随着深度的增加,桩间土的竖向变形逐渐变小。桩间土除了产生剪切变形(桩、土相对位移)外,还出现压缩变形。(4)同一荷载水平下,桩端以下土层的沉降值随深度的增加而减小,整体压缩主要产生在距桩端一定厚度的土层范围内,即土层距桩端越近,单位厚度土层的整体压缩量越大;同一深度处,土体整体压缩沉降值随荷载的增大而增大。(5)当复合基桩分担荷载值一定时,大桩距群桩桩端整体压缩沉降值较小桩距群桩小;桩数多的群桩桩端整体压缩沉降值较桩数少的群桩大,这是由于群桩效应增强所致,即桩距一定时,随着桩数的增多,桩与桩之间的增沉效应增强。(6)群桩桩端平面以下地基土,其整体压缩变形及压缩层深度因桩距的不同差异很大,即在P=Pu/2(其中,P为群桩承载力特征值,Pu为群桩极限承载力)荷载条件下,大桩距群桩基础地基土整体压缩变形及压缩层深度较小桩距小,这与粉土、软土中群桩试验的结果一致。(7)研究了桩侧阻力分布模式对桩身压缩沉降的影响机制,给出了考虑不同侧阻分布模式时,桩身压缩系数的3个计算公式:ξe正三角=0.33α+0.67,ξe矩形=0.50α+0.50,ξe倒三角=0.67α+0.33,其中,ξe正三角,ξe矩形,ξe倒三角为不同侧阻力分布模式下的桩身压缩系数,α为端阻比例。(8)给出了小桩距群桩基础的沉降计算公式:gz e1 sniii is=ψ∑=σEΔz+s其中,s为计算沉降值;ψ为沉降计算经验系数;σgzi为群桩各基桩对应力计算点桩端平面以下第i层土1/2厚度处产生的平均附加应力之和;Esi为第i计算土层的压缩模量,采用土的自重压力至土自重加附加压力作用段的压缩模量;Δzi为第i计算土层的厚度;se为计算桩身压缩量。该公式可考虑桩身的压缩、桩数、群桩的几何特征、侧阻力分布模式、端阻比例等因素对桩基沉降的影响。(9)基于目前规范中给出的压缩层厚度确定方法,通过压缩层厚度计算方案的比较,确定了压缩层厚度计算公式。(10)在已有的考虑桩径影响Mindlin解竖向应力系数的研究成果上,给出了小桩距群桩基础的平均竖向应力系数的数值解,制作相应的数据表格,该表格可供相关的工程设计人员手算沉降量时使用。

均布荷载矩形群基础任意点沉降计算的Excel实现

以Excel为工具,使用解析公式计算矩形基础角点平均应力系数,利用符号函数将任意点平均应力系数的条件计算式转化为非条件计算式,采用应力承载比及等价压缩模量的曲面拟合公式计算规范沉降修正系数,从而使用Excel工具进行沉降计算不再需要人工查表插值,实现了均布荷载矩形群基础任意点沉降的自动计算。

规范推荐沉降量计算公式的推导与应用

介绍了目前计算基础沉降量常用的四种方法,分析了《建筑地基基础设计规范》推荐的地基最终变形量计算公式的推导过程,并通过具体应用,加深对公式的理解。

浅基础沉降量计算方法评述

阐述了常用浅基础沉降量的计算方法,同时对每一种计算方法做了较为详细的分析与评述,指出了分层总和法的不足之处,建议将规范GBJ 7-89所推荐的地基最终沉降计算方法作为统一方法,并针对实际问题,提出了实用的简化方法。

浅谈矩形基础沉降估算

本文就《建筑地基基础设计规范》中地基沉降计算分层厚度的确定，平附附加应力系数的取值及沉降计算深度范围内的压缩模量当量值豆。的计算进行探讨，给出简捷实用的计算方法。

基于Mindlin及Geddes应力解的桩基沉降计算解析解

为解决分层法计算桩基沉降中存在的问题,本文采用基于Mindlin及Geddes应力解积分的方法,开展了桩基沉降理论研究。对桩中心线以外土体不考虑桩径的影响,将桩周土体竖向附加应力沿深度方向积分,推导出桩矩形分布侧阻力、三角形分布侧阻力及均布端阻力情况下土体平均附加应力系数、桩基沉降解析解;而对桩中心线上土体的平均附加应力系数及桩基沉降解析解推导时,则考虑了桩径的影响。通过工程算例对比分析了用规范方法和本文解析解计算桩基沉降的主要过程及差别,计算结果表明:对于同一压缩模量土层用本文的平均附加应力系数方法计算桩基沉降时不必再进行土层厚度划分,降低了计算工作量;计算结果与规范细分土层方法结果接近,验证了本文给出的解析解的有效性。