刚度差异桩组合桩网结构路基承载特性

刚度差异桩组合桩网结构路基因具有工后沉降小、经济效益好的优点而被广泛应用于铁道工程。与传统桩承结构路基相比,该结构桩土协同工作规律更为复杂,为研究其承载特性和土体沉降变化规律,通过室内模型试验和数值计算分析刚度差异桩组合桩网结构路基在静力荷载下的桩身应力、桩土应力比、格栅应力、桩侧摩阻力和土体沉降变化特点。结果表明:刚、柔性桩的承载力主要由侧摩阻力提供;刚性桩的桩土应力比随上部荷载增加呈先增长后稳定趋势,荷载在路基中沿中心桩体向边缘桩体传递,并沿路堤行车方向朝路堤横断面方向扩散;土工格栅和碎石加筋垫层共同工作,协调荷载进行再分配,均衡路基应力分布;路基中心排桩沿横断面方向的土体沉降近似呈盆状分布,刚性桩控制路基土体变形和沉降的性状明显优于柔性桩;选择性布置刚度较大长桩可减小路基沉降量。

扩底桩竖向承载特性及群桩效应研究

为探明扩底群桩竖向承载特性,采用扩底桩筏结构,开展单桩(扩径比分别为1.5、2.0、2.5、3.0)和桩筏(扩径比为2)基础静载模型试验,分析其荷载传递规律,并建立桩间距为3.75、4.00、4.50、5.00倍桩直径时扩底桩筏基础有限元模型,研究桩间距对群桩效应影响。结果表明:扩底单桩和扩底桩筏结构荷载沉降曲线均为缓变型;扩底桩极限承载力随扩径比增大而逐渐增大,扩径比2.5~3.0时极限承载力增幅变缓,建议扩底桩扩径比取2.5~3.0;由于桩土共同沉降,桩间土压缩,桩土作用更充分,扩底桩筏基础中心桩侧摩阻力荷载分担比比扩底单桩增大了17.71%;群桩效应系数随桩间距增大而逐渐增大,桩间距为4.5~5.0倍桩直径时群桩效应系数增幅较小,群桩效应较弱,建议扩底桩筏基础桩间距取值不小于4.5倍桩直径。

桩网结构路基动静承载性状分析

为研究桩网结构路基在静动荷载作用下的承载性状,采用有限元分析方法对桩网结构路基在静动两种荷载下的承载特性、荷载传递机理、土拱形成及发展规律进行了数值计算。通过分析静动两种工况下桩土应力、桩周土压力分布、桩土应力比及土拱效应,并与试验结果进行了对比分析。结果表明:静载作用下基桩轴向应力约为400 kPa,最大土压力出现在路基中部,且沿路基横向向外逐渐减小;动载作用下沿路基横向布置的桩体的动应力在埋深方向呈先增大后减小趋势,其竖向应力最大值约为静载下的160%;动载下路基内部土拱效应较静载有大幅削弱,其中削弱最大的为四桩中心处的空间土拱效应,其桩土应力比约为静载的29.3%。

锥形帽单桩竖向承载力模型试验研究

利用等截面桩、方形帽桩和锥形帽桩3种单桩室内模型对比试验研究了锥形帽桩的竖向承载能力,重点分析其桩顶荷载-沉降曲线、桩身轴力分布规律、桩侧摩阻力曲线和荷载分担比。结果表明,锥形帽桩的极限承载力最大,相较于等截面桩和方形帽桩,锥形帽桩极限承载力分别提高了40.0%和16.7%;且锥形帽单桩的轴力分布更加均衡,其侧摩阻力呈先增大后减小再增加的趋势;桩顶锥形桩帽的设置能改善桩体受力状态,减小负摩阻力影响,提高材料利用率;试验中锥形帽单桩的桩侧阻力占总承载力的比例约63.8%,相比等截面桩与方形帽桩相应值分别增加了128.3%和59.4%,其侧摩阻力在三种桩型中为最大,整体表现为摩擦桩。

响应面法分析盐沼区基桩承载力影响因素

依托青海省德香高速公路盐沼泽区域桥梁桩基工程,探究盐沼泽区基桩受不同腐蚀损伤对承载力的影响.通过响应面法建立桩长、桩径、腐蚀深度及剥落厚度对基桩竖向与水平承载力影响的响应模型,通过响应曲面图对两因素交互作用进行分析.结果表明:响应面法建立的受腐蚀基桩承载力模型精确度较高;竖向承载力随桩长与桩径的增大、腐蚀深度与剥落厚度的减小而增加,水平承载力随桩径的增大与剥落厚度的减小而增加,随桩长的增大先减小后增加;桩长较小时腐蚀深度对承载力的影响较小,剥落厚度的影响远大于腐蚀深度,工程中应重点关注水平腐蚀损伤的防护.

h型抗滑桩受力性能模型试验研究

针对h型抗滑桩在坡顶荷载作用下的受力特征,通过室内模型试验,分析h型抗滑桩的前桩与后桩的受力机理、桩身弯矩和桩前土压力分布特性。结果表明:在坡顶均布荷载作用下,后排桩的桩身弯矩随桩体埋深的增大呈先增大后减小的抛物线分布,弯矩峰值出现在预设滑面附近;前排桩的桩身弯矩随桩体埋深的增大而增大,弯矩峰值出现在桩顶连梁连接处;后排桩桩前土压力分布随着坡顶荷载的增大而增大,而上部两个测点相对变化幅度较小;在连梁以下部位,前排桩桩前土压力分布趋势与后排桩变化趋势基本一致,而连梁位置处偏小。

煤矸石桩-土工格室复合路基承载特性

为了研究煤矸石桩-土工格室复合路基的承载性能,以煤矸石桩、土工格室及格栅分别作为竖向、水平向加筋体,开展静载试验,分析土工格室和格栅拉伸应力、桩体轴向应力以及桩顶与桩间土压力的变化规律.研究结果表明:当施加到第8级荷载时,相较于土工格栅,土工格室上的拉应力增大67.93%,格室组中心桩与边桩中性点应力分别增大78.22%、30.95%,中性点对应截面位于桩体中部距桩顶约50 cm处;加筋垫层下方格室组的桩土应力比与格栅组相比,路基中部增大13.68%,路基边缘部分增大12.40%~13.49%,整体增大13.19%.煤矸石桩-土工格室复合结构能够有效地将荷载由桩身传递至基底;土工格室加筋垫层均匀地将荷载横向传递至加筋体,削弱桩土间的土拱效应,土工格室与垫层构成的柔性筏板效应更突显.

空间弧形抗滑桩支护结构模型试验及参数分析

为充分利用边坡滑体周围的稳定土体,改善抗滑桩受力状态,本文通过室内模型试验,对空间弧形抗滑桩支护结构的受力状态、荷载传递规律和桩前土压力进行分析;并建立有限元模型,考虑冠梁刚度和桩位对抗滑桩受力状态和边坡整体稳定性的影响。结果表明:在整个支护结构中,冠梁可约束抗滑桩,改善抗滑桩受力状态,协调桩间位移,并将荷载向两侧桩体传递;通过增大冠梁刚度可进一步改善桩体受力状态,但无法进一步约束桩顶位移;边桩桩前土压力最大,其峰值是其他桩体土压力峰值的2倍以上,沿桩身高度不断增大,抗滑结构中的边桩位于坡脚时,可最大程度利用稳定土体的抗力,边坡整体稳定性最强。研究结果可为滑坡的治理方法以及抗滑桩支护结构的优化提供一种基本可行的新思路。

静动荷载下桩网结构路基模型试验研究

通过室内模型试验测试了桩网结构路基各部分在动静两种荷载下的桩-土应力、格栅拉力,研究了土拱效应的发展演化机制以及土工格栅拉膜效应的发展特点。试验结果表明:桩-土应力以及格栅拉力的分布都是路基横截面方向上大于其纵向延伸方向,这与路基的梯形截面设计相关;空间土拱效应要强于平面土拱效应,空间土拱效应的极限状态出现在桩-土应力比为3.8时,平面土拱效应的极限状态出现在桩-土应力比为2.2时;动荷载下土拱效应较静载有一定的衰减,且静载下土拱效应越强的部位在动载的下衰减程度越大,桩间土压力随振次的发展趋势类似N型,与桩顶土压力的变化趋势正好相反。

悬臂双排抗滑桩边坡治理综述

双排抗滑桩是大型滑坡治理常用措施之一,工程应用和相关研究成果较多。然而,其承载机理还有待深入研究,且相关设计标准并未形成,这些因素限制了悬臂双排抗滑桩的发展。鉴于此,本文对悬臂双排抗滑桩边坡治理机理研究成果进行归纳总结,重点综述了双排抗滑桩加固机理和影响抗滑桩承载特性的因素;双排抗滑桩加固边坡研究常用的理论计算、试验研究和数值模拟3种研究方法及相关成果,并对比分析了其优缺点;当前双排抗滑桩加固边坡研究现状,在此基础上凝练指出亟待解决的前沿科学问题和未来研究的重点,为双排抗滑桩边坡治理的理论和工程技术的发展与完善提供理论依据,对相关规范的编制和实际工程具有一定的指导意义。

沙漠地区经济建设与生态治理研究

土地荒漠化是中国生态文明建设重点关注问题之一,也是国家脱贫攻坚事业路上一大阻力。为研究碳中和背景下中国沙漠治理现状、问题和未来发展方向,系统阐述了中国沙漠地区经济建设措施,包括工程建设、沙产业发展和沙漠绿化。介绍了当前中国主要的三种治沙方法即工程治沙、化学治沙和生物治沙。分析归纳中国各时期治沙政策内容及变化,最后指出中国沙漠治理存在问题,并给出建议,探讨了沙漠治理研究的未来发展方向。

机车周转图的智能编制研究

机车周转图是各区段机车运行的图解,以列车运行图为基础进行编制。近年来,随着信息化、数字化及智能化的快速发展,机车周转图的智能编制成为研究的热点。同一种类型的机车在不同区段运行时,可打破其交路限制,机车可在几个交路间任意周转,将机车周转图编制问题转化为多旅行商问题,运用数组的思想智能编制机车周转图。在十分格坐标系内铺画出列车运行图,接着以列车到达和出发时刻为要素建立Array函数,勾画出基本周转图,修正得到完整的机车周转图。结果表明,运用该方法编制的机车周转图,机车使用台数最少,且各机车的运用较均衡,达到了机车周转图最优性和均衡性的要求。研究结果为机车周转图的智能编制提供了理论支撑和应用参考。

煤矸石混凝土性能与资源化应用研究评述

煤矸石是一种煤炭共伴生矿物生产的副产品,属于大宗固废弃物,煤矸石混凝土是其资源化应用的重要实践。碳中和碳达峰要求各行业为绿色生态的可持续发展做出相应规划,在建筑材料资源化利用方面,将煤矸石用作集料研制高性能混凝土开始了建筑与土木工程行业的新兴材料革新,同时将其作为不可或缺的低碳化资源处理的中坚力量能够为碳中和进程加速。国内外学者对煤矸石混凝土的力学性能与工程应用等方面进行了很多理论和实验研究,在改善煤矸石混凝土性能、工程实际应用及生产技术革新等方面取得重大进展,构建了较为完整的研究体系。基于不同地区煤矸石化学矿物特性和物理性质的差异性,阐述了煤矸石作为不同集料制备的煤矸石混凝土的力学性能与耐久性能,分析了煤矸石在土木工程领域应用的可行性和目前研究局限性,展望了煤矸石作为集料制备新型混凝土在道路工程和建筑结构中的资源化应用前景,为煤矸石大宗化再生利用和煤矸石混凝土进一步研究提供新的视角和参考。

梅花型混凝土桩截面几何特性

为便于梅花型桩设计计算,基于梅花型桩截面的外切圆半径和开弧弧度2个控制变量,研究梅花型桩的截面面积、周长以及截面惯性矩特征,分析2个控制变量对截面几何特性的影响规律,将梅花型桩与圆形桩进行了对比分析。结果表明:梅花型桩的截面面积、周长随截面外切圆半径、开弧弧度的增大而增大,面积增大比周长显著,其中截面外切圆半径对截面面积和周长的影响最为显著,当截面外切圆半径从0.1 m增加到1.0 m时,截面面积从0.02 m^(2)增加到3.22 m^(2),面积增大了161倍,截面周长从0.79 m增加到7.85 m,周长增大了9.94倍;相同截面面积梅花型桩与圆形桩截面周长比为1.15~1.16,所以相同混凝土用量时梅花型桩的周长比圆桩大15%~16%;梅花型桩存在2个截面惯性矩Ix和Iy,且Iy恒大于Ix,2个截面惯性矩随截面外切圆半径的增大而增大。相较于等截面圆形桩,梅花型桩的截面惯性矩呈指数增长趋势。

拱形抗滑结构模型试验研究

针对拱形抗滑结构治理黄土地区滑坡的适用性,通过3组室内物理模型试验,对比分析拱形抗滑结构的桩后土压力、桩顶位移、桩身弯矩及连梁受力变形特征。结果表明:3种工况下抗滑桩桩后土压力基本一致,呈三角形分布;桩身弯矩的变化规律基本相同,呈先增大后减小再增大的趋势;直线形布置的抗滑桩桩顶切向位移几乎为0,桩顶法向位移最大值为13.56 mm;当采用钢管混凝土桩拱形布置时,桩顶切向位移为1.41 mm,桩顶法向位移为2.65 mm;当采用竹管混凝土拱形布置作为临时救灾抗滑支护结构时,桩顶切向位移为1.55 mm,桩顶法向位移为2.81 mm;采用拱形抗滑结构对桩顶水平位移有较好的约束作用,同时还可改善桩身受力状态。

橡胶混凝土承载特性与应用研究

针对废橡胶处理难的问题,提出将其掺入混凝土中,既解决了这一难题,又改善了混凝土的部分工作性能。基于国内外最新研究成果,首先阐述了橡胶对混凝土强度的影响机理,并且根据自身特点指出强度提升方法;其次介绍了橡胶的加入对混凝土抗震、抗裂等性能的改善;最后指出其研究方向和工程应用前景。

毛竹管桩基坑支护可靠性研究

为研究参数不确定性对支护桩可靠度指标的影响,以桩顶容许位移和极限承载力作为毛竹管支护桩使用功能的判定标准,利用中心点法推导出正常使用极限状态和承载能力极限状态可靠度指标的计算公式,对齿状竹桩与直排竹桩支护体系桩顶位移参数进行可靠度分析。结果表明:桩顶位移承载能力极限状态可靠度指标可由正常使用极限状态可靠度指标线性表达;桩顶容许位移与计算位移的变异系数对毛竹管桩正常使用极限状态可靠度指标呈负相关,在低变异性下影响较为显著,转折点为0.2,影响程度随着变量不确定性增加而降低;在正常使用极限状态下,齿状排桩较直排桩有更优的可靠度,随着桩顶计算位移与容许位移的变异性增加,二者可靠度指标差异性逐渐减小;毛竹管桩承载能力极限状态可靠度指标随极限位移与容许位移比不确定性的减小而增大。桩顶设计位移定量时,为满足目标可靠度,可适当提高极限位移与容许位移比或降低其变异性来满足支护需求。

单桩压浆对土体抗震性能影响

土体液化现象在地震中普遍存在.将压浆技术应用于土体液化治理,建立单桩数值计算模型,研究单桩在不同峰值加速度的El Centro地震波与桩顶均布荷载共同作用下的动力响应,并分析单桩压浆对土体抗震性能的影响.研究结果表明:在0.3g El Centro地震波作用下,黄土和砂土层绝大部分区域发生液化;压浆加固后,桩基承载力提高15.4%;在0.3 g El Centro地震波作用下,基础发生转动,土层压浆后,转动中心上移,使黄土层顶部土体的动位移最大值减小35.3%,砂土层顶部土体增大4倍;在地震作用前0.2 s,黄土层和砂土出现加速度峰值,而在地震作用后期加速度波动相对较小,基础顶面存在一定的放大效应,在土体被压浆加固后,这种放大效应得到有效抑制.研究结果可为土体进行压浆抗液化处理提供参考.

刚性桩-半刚性桩-土工格栅增强路基承载及影响参数

刚性桩-半刚性桩-土工格栅是加固路基工程的一种有效方法,与传统桩网结构路基相比,桩-土相互作用更为复杂。为分析其承载特性,尤其是刚性桩桩身长度、桩径、桩间距和土工加筋材料及其种类对路基沉降和桩土应力比的影响规律,研究了复合路基加固优化设计方案,开展了在静力荷载下的室内模型试验和有限元方法理论计算。研究结果表明:刚性桩和半刚性桩的承载力均主要由侧摩阻力分担,但侧摩阻力发挥程度存在一定差异;路堤上部荷载在刚性桩-半刚性桩-土工格栅加固路基中沿中心桩体向边缘桩体传递,沿路堤行车方向向路堤横断面方向扩散;桩顶平面土体沉降在横断面上呈“W”分布,刚性桩能够显著减少其桩顶位置土体沉降量;在一定范围内,增加刚性桩的桩身长度、增大桩径、减小桩间距,能够减小7.12%~35.96%的路基土体变形和路基总沉降量,并提高路堤承载能力;在路堤中设置土工加筋材料,其与碎石垫层协同工作,可协调荷载在路基中重新分配,使其内部应力分布更为均衡;与土工格栅相比,土工格室具有三维立体结构,对减小路基内部土体沉降和调节荷载传递有更好的效果。在实际工程中,应根据上部荷载和地质条件,合理设计桩身长度、桩径和桩间距,选用合适的横向加筋体。

基于分形理论的香根草根系护坡力学性能分析

为了定量评价香根草根系护坡效果,该研究以不同生长期的香根草为对象,基于植被生态学和分形理论获取根系形态参数指标,分析根系分形维数与生长期间演化规律。通过室内三轴试验研究不同含根量和根系分布方式对根土复合体抗剪强度的影响,分析根土复合体黏聚力和内摩擦角与根系分形维数间关系,并建立考虑香根草根系分形维数的边坡稳定性系数模型。结果表明:香根草根系数量和含根量与根系分形维数基本呈线性关系,而根系表面积与根系分形维数呈对数关系,三者均随根系分形维数增多而增大,但增幅均逐渐减小。含根量由0增加至1.0%时,根土复合体黏聚力、内摩擦角分别提高了72.0%和6.9%,含根量对黏聚力影响较大。不同根系分布方式对边坡稳定性影响能力由小到大依次为竖向、倾斜、相交和混合分布,同素土边坡相比,相交和混合分布根系的边坡稳定性系数分别提高了14.7%和15.8%,含根量为1.0%时,相交分布根系的边坡稳定性系数提高了28.4%。根系分形维数与边坡稳定性系数呈线性关系,利用根系分形维数能够评价边坡稳定性。研究结果可为香根草护坡工程提供参考。