基于离心模型试验的路堤地基差异沉降传递规律及控制限值研究

为研究地基差异沉降在路堤中的传递扩散特性及对路基面不均匀变形的影响规律,构建了错台式和渐变式2种地基差异沉降模型,研制了一套能够在离心机运转过程中实现地基差异沉降的实时精确控制装置,设计6组离心模型试验,分析路堤高度、地基差异沉降渐变段长度等因素对路基面不均匀变形的影响,提出了基于路基面折角限值的地基差异沉降控制标准。试验研究表明:(1)地基差异沉降引起的路基面不均匀变形沿线路纵向均呈S型分布特征;(2)高路堤和长渐变段均会降低地基差异沉降对路基面不均匀变形的影响程度;(3)提出的满足线路平顺性要求的路堤地基差异沉降允许值,对完善铁路路基沉降变形控制的参数指标有指导意义。

基于路基面不均匀变形的路堤地基差异沉降限值研究

根据路堤地基差异沉降的特性,建立了错台式和渐变式路堤地基差异沉降计算模型。运用有限元计算方法,对路堤地基差异沉降引起的路基面变形规律进行了讨论,并对有限元计算结果的可靠性进行了土工离心模型试验的验证。提出了基于路基面不均匀变形限值的地基差异沉降控制标准。分析表明:地基差异沉降限值受路堤高度、地基差异沉降渐变段长度影响;随着路堤高度的增加或地基差异沉降渐变段长度的加大,地基差异沉降限值均呈增大趋势。

柔性路堤地基承载力控制值探讨

研究目的:目前我国铁路和公路等部门的相关规范对于路基的承载力都没有给出具体规定,导致在铁路工程设计中承载力的取值偏于保守,研究柔性路堤地基承载力控制值具有重要的工程和理论意义。研究结论:通过对遂渝铁路软土路基工点实测承载力的统计分析与研究,指出:对一般路堤、场坪等柔性基础地基,应从路堤稳定性、工后沉降和路基承载力3个方面进行地基加固工程设计;在满足稳定与工后沉降要求的前提下,地基容许承载力的要求可适当放宽,并初步给出了柔性路堤地基承载力验算公式及地基承载力修正系数的建议意见。

基于临界变形模量的高速公路路堤地基设计方法研究

目前,公路地基设计方法和测试方法缺乏,没有系统的依据和参考,因此在公路地基设计施工中往往存在很大的盲目性。文章通过建立路表沉降与路堤地基变形模量关系,确立以临界变形模量作为高速公路路堤地基处治标准的方法,并在此基础上系统地提出了高速公路路堤地基的设计方法。

Ⅳ级自重湿陷性黄土区客运专线铁路路堤处理地基的现场试验研究

试验段为自重湿陷性Ⅳ级黄土场地,分3种不同地基处理措施试验分区,分区之间设地基不处理过渡段。柱锤冲扩桩段对22 m深湿陷性黄土层全部处理,水泥挤密桩段仅处理上部15 m深湿陷性黄土层,强夯段处理上部6 m深湿陷性黄土层。结果表明,处理深度范围内黄土的湿陷性已消除,地基承载力均大于标准值。柱锤冲扩桩与水泥土挤密桩复合地基沉降量小于15 mm,满足高速铁路对工后沉降量的要求,而强夯地基的沉降量不满足要求。柱锤冲扩桩区段,桩间土的最小和平均挤密系数不低于0.88和0.93的标准,但是桩身平均压实系数和压缩模量却分别低于0.97和100 MPa的标准。水泥挤密桩区段,桩间土的最小和平均挤密系数、桩身平均压实系数和压缩模量也低于同样的标准值。强夯地基的压缩模量小于15 MPa的标准。检测标准的合理取值有待深入研究。

基于可靠度的斜坡软弱地基路堤稳定性极限平衡法分析

通常以确定性分析获得的稳定安全系数作为评价斜坡软弱地基路堤稳定性的指标,忽略实际工程中诸多不确定性因素,无法真实全面反映斜坡软弱地基路堤的稳定性。基于垂直条分极限平衡法Slide软件平台,运用全局最小可靠度分析方法,综合分析路堤和斜坡软弱层土体参数、地下水位、路堤顶部张拉裂缝水分充填量、微型桩纵向桩距和抗剪强度及水平向地震荷载等因素的变异性对斜坡软弱地基路堤稳定性的影响,讨论这些随机变量的敏感性,阐释了室内斜坡软弱地基路堤与水平软弱地基路堤土工离心模型试验现象差异性的机理。使用可靠度能更客观地反映斜坡软弱地基路堤的安全性;可根据各因素对斜坡软弱地基路堤稳定性影响敏感性的正负、强弱采取相应合理工程对策。

碎石桩与抗滑桩联合加固斜坡软弱地基路堤的工作机理分析

为进一步明确碎石桩与抗滑桩联合加固斜坡软弱地基路堤的工作机理,本文建立无加固措施、碎石桩加固、抗滑桩加固及碎石桩与抗滑桩联合加固斜坡软弱地基路堤的FLAC3D数值分析模型,研究4种工况土体的水平位移、竖向沉降及抗滑桩桩身内力与变形。结合正交设计方法,探讨斜坡软弱层土体重度、黏聚力和内摩擦角对抗滑桩桩身最大弯矩的影响权重排序。碎石桩、抗滑桩加固斜坡软弱地基分别可以明显约束竖向沉降、水平位移,而碎石桩与抗滑桩联合加固能同时削减竖向沉降及水平位移。碎石桩加固斜坡软弱地基,潜在滑动面一定程度上移;联合加固时抗滑桩桩身内力及变形较直接进行抗滑桩加固有较大幅度衰减,斜坡软弱层土体内摩擦角的变化对抗滑桩桩身最大弯矩的影响远大于黏聚力与重度变化。所获结论有益于碎石桩与抗滑桩联合加固斜坡软弱地基路堤时抗滑桩设计技术改善。

软弱层特性对斜坡软弱地基路堤变形的影响

为获得不同软弱层特性条件下斜坡软弱地基路堤的变形规律,建立了斜坡软弱地基在路堤自重荷载作用下的非线性有限元数值模型,探讨了软弱层特性各因素对斜坡软弱地基路堤变形的影响;通过正交试验设计,对软弱层特性各因素对变形影响的显著性进行了评价.结果表明:软弱层土体弹性模量、软弱层厚度是产生过大竖向沉降和侧向变形的决定性因素;地面横坡的存在是加剧地基变形的重要因素;当软弱层位于地基顶面时,对地基变形尤其是侧向变形影响显著;应综合考虑软弱层特性各因素的影响,采取地基处理、侧向约束等工程措施限制变形.

路堤荷载作用下斜坡软弱地基变形耦合特性研究

基于弹塑性平面应变有限单元法,本文模拟路堤水平分层分步填筑动态施工力学行为,建立斜坡软弱地基在路堤荷载作用下的数值分析模型,获得普通水平地基、水平软弱地基、普通斜坡地基及斜坡软弱地基4种工况下地基的侧向变形与竖向沉降随路堤填筑施工的动态变化规律。引入地基变形系数,分析地基侧向变形与竖向沉降的耦合、制约关系,奠定基于侧向变形控制的斜坡软弱地基路堤设计原则的理论基础,结合土工离心模型试验所获得的地基变形系数及位移场,讨论打入桩与抗滑桩加固斜坡软弱地基路堤的机理。

斜坡软弱地基路堤复式滑面的极限平衡法判识

依托渝怀铁路斜坡软弱地基路堤土工离心模型试验成果,利用Slide软件建立对应的计算模型,开展基于极限平衡法与概率分析的复式滑动研究;对比Slide模型结果与离心模型试验成果的差异,探讨斜坡软弱层厚度与内摩擦角变化对复式滑面的影响;开展斜坡软弱层内摩擦角变异性对稳定性与滑动模式影响的概率分析。Slide模型计算与离心模型试验具有互补性;在极限平衡法中,考虑复式滑面有利于提高设计的安全储备;斜坡软弱层内摩擦角偏小、厚度偏薄时更易出现复式滑动破坏;在极限平衡法中引入概率分析,可更好地反映斜坡软弱层内摩擦角的变异性。

考虑拉裂缝的斜坡软弱地基路堤稳定性分析

评述斜坡软弱地基路堤稳定性研究面临的挑战性,应用极限平衡法软件Slide、有限元法软件Phase2,分别从推力线分布状况、达到临界剪切强度折减时单元拉伸屈服分布状况角度出发,探讨斜坡软弱地基路堤稳定性分析中引入拉裂缝的必要性;在极限平衡法基础上,利用敏感性分析法确定拉裂缝分别在干燥和完全充水条件下的最不利深度;分析拉裂缝引入后对稳定安全系数、最危险滑面形态及条间法向力的影响,阐述拉裂缝水分充填对稳定性的不利作用。研究结果表明,敏感性分析法可较好地确定拉裂缝的深度;考虑拉裂缝后,滑块土条条间法向拉力消失,稳定安全系数降低,设计更趋于安全,拉裂缝完全充水将进一步加剧斜坡软弱地基路堤稳定安全系数的降低;滑面由上部垂线和下部圆弧共同组成,其形态更真实客观。

防滑铲处治斜坡软弱地基路堤工作机理探讨

为探讨防滑铲处治斜坡软弱地基路堤的工作机理,基于刚体极限平衡法软件Slide,建立防滑铲处治斜坡软弱地基路堤的计算模型,对比有无防滑铲时可能滑动带、最危险滑动面的区别,获得稳定安全系数与地层坡度、防滑铲深度的动态变化关系,结合敏感度分析,明确土体材料参数对路堤稳定性的影响程度,并提出联合其他措施共同处治、回填材料应以重度控制为准等优化设计途径。

斜坡软弱地基路堤双指标设计体系

为准确获取斜坡软弱地基变形和路堤稳定性的内在联系,运用弹塑性有限元法,建立斜坡软弱地基在路堤自重荷载作用下的数值模型,根据弹塑性变形所获的地基变形系数以及剪切强度折减法所获的稳定安全系数,结合渝怀铁路实际工点的现场测试成果,构建了兼顾"变形"与"稳定"的斜坡软弱地基路堤双指标设计体系,并论证该体系的科学性、可操作性,提出该设计体系的实际运用步骤。研究结果表明:兼顾"变形"与"稳定"的斜坡软弱地基路堤双指标设计体系可更真实地反映路堤的稳定状态及变形发展趋势,有效指导工程设计及施工。

路堤下复合地基“三等沉区模型”

路堤下复合地基桩顶沉降小于桩间土沉降,桩体上部为负摩擦力,因此不能采用常规复合地基理论分析受力和变形。试验和数值分析表明,路堤下复合地基的路堤、桩身、下卧层范围内均存在一个等沉区,等沉区内同一水平面上不同点的沉降相同的区域。据此提出了"三等沉区模型",该模型不但地基与桩体参数对复合地基的影响,而且可以考虑路堤高度、下卧层厚度、强度等参数对复合地基的影响。实测和数值模拟表明该模型是合理可行的。

路堤下刚性桩复合地基的经验设计方法

研究目的:路堤下刚性桩复合地基的设计目前大都是沿用刚性基础复合地基设计方法进行,设计结果与实际出入很大,造成刚性桩复合地基造价很高,影响它广泛使用。为了使刚性桩在复合地基中成为路堤荷载承担的主力及刚性桩的高承载能力特性得到较好发挥,本课题开展了大规模的现场试验研究。研究结论:研究表明刚性桩复合地基经验设计方法遵循两条基本原则,一要发挥桩的主导作用,二要充分发挥桩高承载特性。为此,确定桩、土荷载承担比确定为3,扩大桩间距和提高置换率,是实现这两条原则的有效途径。按建议的方法设计刚性桩复合地基时,桩只要打到持力层,路堤的沉降变形是可以控制的,能满足规范对桥头工后沉降的要求,其造价也是可以大大降低的。

均质地基路堤无条分稳定安全系数计算和临界滑动面确定

围绕均质地基路堤的稳定性问题,提出一种无条分稳定安全系数计算及临界滑动面确定的方法。基于3个维度的自变量确定圆弧滑动面的位置,并给出了各维度的取值范围;以潜在滑动体整体为研究对象并以其为积分域,进行无条分的整体极限平衡分析,推导了安全系数的计算函数表达式;基于二元函数的极值条件,将降维度求极小值与迭代计算相结合,确定了临界滑动面的位置;编制了计算程序并通过均质土坡和路堤边坡两个算例将该方法和条分法的结果进行了对比。结果表明:同一滑动面的安全系数比M-P法小0.68%,所得临界滑动面位置与严格满足极限平衡条件的条分法+传统搜索方法所得的结果偏差较小,临界滑动面对应的最小安全系数比M-P条分法+传统搜索方法所得结果大0.87%;严格满足极限平衡条件的情况下,安全系数对滑面底部正应力的分布并不敏感。

基于正交设计的路堤稳定影响因素敏感性分析

针对边坡和地基2种路堤稳定主控条件,建立了路堤边坡和路堤地基稳定分析模型,采用正交设计方法研究了对应计算模型的各影响因素主次顺序,讨论了均质边坡条件下影响路堤边坡稳定性的各因素间交互作用.研究表明:路堤边坡稳定影响因素敏感性按内摩擦角、坡高、黏聚力、边坡比依次减小边坡比与内摩擦角、坡高与黏聚力间显著交互作用,取值水平不当会影响各因素的敏感性排序;地基及路堤稳定性主要受地基控制,地基土强度和地坡度是路堤稳定的主要因素.

基于极限平衡法的路堤稳定性概率分析方法比较

为合理采用边坡稳定性的概率分析方法,基于垂直条分极限平衡法SLIDE软件平台和斜坡软弱地基路堤离心模型试验结果,对全局最小方法和整体边坡方法的原理和计算结果进行了比较,并用整体边坡方法分析了抗滑桩加固对斜坡软弱地基路堤稳定性的影响.研究结果表明:与全局最小方法相比,整体边坡方法算法更严谨,计算结果更全面,设计更趋保守,但计算耗时较多,应根据模型复杂程度、分析目的等合理选择概率边坡稳定性分析方法;整体边坡方法能较好地从破坏概率的角度论证抗滑桩加固斜坡软弱地基路堤的科学性、有效性.

深厚软基傍河拓宽路堤稳定分析及技术实践

在深厚软土地基条件下,提出了一种新的傍河路堤拓宽技术,该技术利用轻质泡沫混凝土现浇的流动性、硬化后的自立性以及强度可调等特性,巧妙结合工程实例实现了不占河、不改路、不征地条件下傍河老路堤的非机动车道拓建,而且有效保护了路侧行道树和沿河景观,技术实施便利、快捷、质量可控。实践表明,该技术方案对类似工程条件具有示范效应,值得借鉴。

系梁式桩网结构加固斜坡软弱地基路堤的数值模拟

为研究系梁式桩网结构应用于斜坡软弱地基路堤工程的工作机制,建立了系梁式桩网结构加固斜坡软弱地基路堤的有限元模型,开展了与无处治措施时潜在滑动面形态、稳定安全系数、土工格栅拉力、路基顶面沉降及地基侧向位移等力学响应的对比,并进行了系梁布置形式、弹性模量与厚度等核心设计参数的敏感性分析。研究结果表明:系梁式桩网结构加固后的斜坡软弱地基路基最大沉降、差异沉降以及地基侧向变形分别减小了88.7%、90.3%、96.6%,路基的稳定安全系数提高了26.2%;纵横交叉布置系梁有利于提高路堤稳定安全性,削减地基侧向位移;适当降低系梁弹性模量不会造成较大不利影响,系梁厚度不宜过薄。