桩承式路堤中土拱结构的形成与形态特征离散元数值分析（英文）

目的:旨在从宏细观角度探究桩承式路堤中土拱结构的形态特征及其演化规律。创新点:1.基于接触力链网络的细观统计与分析并结合土拱结构的特点,对路堤中的接触力链进行划分;2.从宏细观角度,揭示路堤中土拱结构的形态特征,并研究土拱结构随桩土相对位移增加的演化规律。方法:1.采用傅里叶级数近似法对接触力链组构各向异性进行统计与划分;2.基于路堤填料位移、接触力分布以及组构各向异性主方向等的分布及变化规律,从宏细观角度对土拱结构的形态及其演化规律进行综合分析。结论:1.土拱结构是由路堤中大于1.5倍接触力均值的强力链构成,而弱力链则主要起支撑作用。2.土拱结构随桩土相对位移的增加而历经倾斜剪切面→半圆形拱→悬链线形拱的演化规律,土拱结构的最大高度约为0.8倍桩净间距。3.路堤填料内摩擦角对土拱结构的形态及演化规律几乎无影响;路堤填筑高度对土拱结构形态则有显著影响;桩净间距对土拱结构的演化有一定影响,但是对其最终形态特征则几乎无影响。     

路堤荷载下挤密螺纹桩复合地基沉降现场试验

对新建兴泉铁路黄塘车站挤密螺纹桩复合地基的桩、土沉降及应力进行监测,分析了路堤荷载下桩、土沉降及差异沉降变化规律,桩土应力比与差异沉降关系。结果表明:桩、土沉降及差异沉降均随路堤填土高度的增加而呈线性增大;桩顶和桩间土应力随路堤填土高度的增加均不断增大,且桩顶应力大于桩间土应力;桩土应力比随着桩土差异沉降的增加先增加后减小,最终趋于稳定。结合修正的Terzaghi土拱理论提出了简化桩土应力比随桩土差异沉降变化曲线。现场试验分析结果有助于完善挤密螺纹桩复合地基设计理论,为工程实践提供一定的参考。     

路堤荷载下混凝土芯水泥土搅拌桩工作特性研究（英文）

研究目的:研究混凝土芯水泥土搅拌桩在路堤荷载下的荷载传递规律和变形控制机理。创新要点:评价路堤荷载下混凝土芯水泥土搅拌桩的地基处理效果,测量混凝土芯的竖向应力变化规律和复合地基桩土荷载分担特点,并分析填土过程中混凝土芯水泥土搅拌桩复合地基的固结规律。研究方法:通过埋设沉降板、分层沉降管、测斜管、土压力盒、孔隙水压力计以及钢筋应力计,在路堤填筑过程中对混凝土芯水泥土搅拌桩复合地基进行了长期现场试验。重要结论:1.混凝土芯水泥土搅拌桩复合地基的总沉降、工后沉降以及深层水平位移控制效果均较好,优于普通水泥土搅拌桩复合地基;2.混凝土芯水泥土搅拌桩复合地基的桩土应力比以及荷载分担比均大于普通水泥土搅拌桩复合地基,能有效减小土体表面的荷载量,对于控制沉降有一定的效果。3.在路堤这种柔性荷载作用下,混凝土芯水泥土搅拌桩上部会出现一定的负摩擦阻力,存在一个"中性点"。4.混凝土芯水泥土搅拌桩复合地基的固结速率较快,能有效控制由于主固结引起的长期沉降。     

路堤荷载下混凝土芯水泥土搅拌桩工作特性研究

研究目的：研究混凝土芯水泥土搅拌桩在路堤荷载下的荷载传递规律和变形控制机理。创新要点：评价路堤荷载下混凝土芯水泥土搅拌桩的地基处理效果,测量混凝土芯的竖向应力变化规律和复合地基桩士荷载分担特点,并分析填土过程中混凝土芯水泥土搅拌桩复合地基的固结规律。研究方法：通过埋设沉降板、分层沉降管、测斜管、土压力盒、孔隙水压力计以及钢筋应力计,在路堤填筑过程中对混凝土芯水泥土搅拌桩复合地基进行了长期现场试验。重要结论：1．混凝土芯水泥土搅拌桩复合地基的总沉降、工后沉降以及深层水平位移控制效果均较好,优于普通水泥土搅拌桩复合地基：2．混凝土芯水泥土搅拌桩复合地基的桩土应力比以及荷载分担比均大于普通水泥土搅拌桩复合地基,能有效减小土体表面的荷载量,对于控制沉降有一定的效果。3．在路堤这种柔性荷载作用下,混凝土芯水泥土搅拌桩上部会出现一定的负摩擦阻力,存在一个“中性点”。4．混凝土芯水泥土搅拌桩复合地基的固结速率较快,能有效控制由于丰崮结引起的长期沉降。     

既有高速公路沉降处治技术现场试验研究（英文）

目的:集成路堤竖向小直径引孔高压旋喷桩技术的施工工艺,分析其对既有高速公路沉降病害的处治效果,研究路堤在施工过程中的变形特性。创新点:提出路堤竖向小直径引孔高压旋喷桩技术,并通过现场试验和理论研究分析其对既有高速公路沉降的处治效果。方法:1.通过两组现场试验,对处治前后路堤竖向变形(图6~8)、地基内超孔隙水压力(图10)和深层土体水平位移(图11)的变化特性进行分析与研究;2.引用Wu et al.(2016)的理论解答(公式1)构建单桩引起的路堤隆起变形与路堤荷载和注浆压力之间的关系,为工艺参数调节提供依据,并利用实测数据加以验证。结论:1.竖向小直径引孔高压旋喷桩技术能够在较短的时间内抬升路堤和加固地基,从而有效降低既有高速公路的工后沉降速率,处治效果明显。2.路堤隆起变形的大小主要与路堤荷载和注浆压力有关,且随着与桩中心距离的增大而减小;通过合理调节注浆压力可以防止路堤因隆起过大而发生破坏。3.施工期内,高压旋喷会导致超孔隙水压力和深层土体水平位移显著增大;随后,超孔隙水压力逐渐消散,深层土体水平位移也发生一定的回弹。     

土工离心机路堤地基弯沉式差异沉降控制装置研制与试验

为研究路堤地基弯沉式差异沉降在路堤中的传递扩散规律及对路基面不均匀变形的影响机制,在土工离心机模型箱内研制了一套可以在离心机运转条件下实现地基差异沉降的实时精确控制装置。该装置主要包括位移控制系统、支撑墩及差异沉降控制板。该装置使用方便,沉降位移控制精度高,多次控制沉降板沉降可实现地基差异沉降逐渐发展的全过程模拟。弯沉式差异沉降对路基面不均匀变形的影响,主要受其沿线路纵向分布长度和路堤高度的比值影响,随比值的增大路基面不均匀变形折角与差异沉降幅值基本成线性关系。     

曲线盾构隧道施工中土体损失和施工荷载引起地层沉降的理论解析（英文）

目的:盾构掘进引起施工期土体变形的关键影响因素是施工荷载和土体损失。结合曲线盾构隧道施工特点,本文旨在推导由土体损失及施工荷载(开挖面附加推力、盾壳与土体间摩擦力和盾尾注浆压力等)引起的地层竖向变形的计算公式,并研究隧道曲率半径对地层沉降的影响。创新点:1.通过建立曲线盾构隧道掘进模型,推导出三维土体损失引起土体变形的理论公式;2.通过改写Mindlin解,提出作用在空间曲面上的面分布力引起土体变形的理论公式。方法:1.基于半无限体中任意单位空隙变形引起土体变形的镜像法原理,并根据实际三维空间域的积分思想,分别对盾尾处及开挖面处土体损失引起的土体竖向变形进行推导计算;2.基于改写的Mindlin解,推导并计算曲线盾构隧道施工时各施工荷载引起的土体竖向变形;3.与现场监测、数值模拟及已有文献的结果进行对比,验证所提方法的可靠性。结论:1.盾尾整合间隙、摩擦力、注浆压力和开挖面附加推力引起的曲线隧道轴线上方土体的竖向变形曲线不再像直线隧道一样关于隧道轴线对称。2.由于曲线盾构隧道掘进时超挖的需要,各影响因素下总的地表沉降值及横向沉降槽范围都比直线隧道大。3.随着土体深度的增大,各影响因素引起的土体竖向变形的峰值有所增大;总的沉降峰值和偏移量均随隧道曲率半径的减小而增大。     

下伏土洞加筋地基条形荷载下应力扩散计算

通过大变形有限元分析,对下伏土洞加筋地基条形荷载下应力扩散的作用机理和沉降进行研究,分析了条形基础置于土体上的土体附加应力扩散、土洞区内应力及沉降变化规律。结果表明,土洞区内出现应力集中,下伏土洞地基沉降主要是由于土洞区内软弱土体变形造成。加筋体会增强应力扩散从而减小沉降,加筋体长度和埋深均存在最佳值;多层加筋较单层加筋更利于应力扩散,且层间会出现未完全拱形应力集中区域;相同加筋范围,层数增大对应力扩散影响较小,增大加筋范围更有助于应力扩散。     

公路工程中桩承路堤特性研究

基于土中群桩分析变分原理,结合桩间土荷载传递法,建立了实用群桩沉降计算方法,并应用于对称桩承路堤结构分析.采用该计算方法,分析了刚性、半刚性竖向加固体复合地基的工作机理.在等应变条件下,桩土模量比相对较低时(Rm＜10),桩土应力比与桩土模量比相近;在桩土模量比较高时(Rm＞10),桩身模量提高对复合地基应力集中的影响减弱.垫层刚度直接影响桩土模量增加对应力集中的作用效果.水泥搅拌桩有效桩长为15～20m,采用小于15 m桩长的经济效益和加固效率更加.     

桩土相互作用及单桩承载力确定模拟研究

以灌注桩桩土相互作用的原位试验为基础,结合苏嘉杭高速公路具体土层结构、性质特点,采用有限单元法对软土地区的砼灌注桩桩土相互作用进行仿真模拟,研究桩土相互作用、荷载的传递规律、桩土相对位移与桩侧摩阻力的关系,通过桩载试验资料对比,得出三维有限元法的模拟结果与实测值相近.在此基础上,根据侧摩阻力最大值发挥不同步这一特点和桩土相互作用的实质及荷载传递规律,提出一种新的单桩极限承载力计算公式.     

吸力式基础设计（英文）

目的:吸力式基础具有投资费用低、施工时间短、无噪音和可重复使用等优点,因此被广泛应用在海洋工程领域。本文针对吸力式基础设计中的关键问题,主要综述现有设计理论,指出理论缺陷,并给出设计建议。创新点:综述砂土、粘土和成层土中吸力式基础的安装、回收、基础承载力、基础沉降和服役性能中的关键科学问题和现有设计理论。方法:1.基于文献报道的现场试验和模型试验,针对吸力式基础安装过程中的沉贯阻力、临界吸力和土塞效应,评估现有设计理论的准确性;2.分析粘土和砂土中吸力式基础的完全排水、完全不排水和部分排水条件下静力和循环承载力计算理论;3.针对吸力式基础的长期服役性能,分析荷载引起的基础变形、固结沉降、循环再固结沉降和极端荷载下的"棘轮效应"。结论:1.现有的吸力式基础安装中沉贯阻力计算理论没有普适性;对于临界吸力的计算,由于没有考虑"土拱效应",理论计算值均低估了安装吸力。2.对于粘土中吸力式基础承载力的计算需要考虑循环作用下土体的强度弱化和基础-土间空隙引起的承载力降低,而砂土中基础承载力计算需要考虑排水条件的影响。3.对于吸力式基础的长期服役性能,特别是基础变形的计算,目前还缺少成熟的计算理论。     

轨道路堤铺设聚苯乙烯泡沫块对高速铁路车致振动的减振效果研究（英文）

目的:高速列车运行引起的振动问题在环境工程和地质工程中被视为重要的研究课题。为了减小高速列车运行引起的不利振动,本文聚焦于一种创新减振技术的潜在应用,并通过数值计算分析聚苯乙烯泡沫块铺设在不同几何参数的轨道路堤上时对车致振动的减振效果,从而实现减振方案的最优设计。创新点:1.探明了不同路堤高度和不同路堤斜坡倾角对车致振动规律的影响。2.分析一种聚苯乙烯泡沫块在高速铁路车致振动中的减振效果。方法:1.建立三维的轨道-路堤-土体有限元模型,结合移动载荷法分析高速列车运行引起的地面振动。2.通过参数化研究分析轨道路堤高度和斜坡倾角对于振动波传递的影响。3.分析聚苯乙烯泡沫块使用前后高速列车运行引起的地面振动。结论:1.轨道路堤的高度对于振动波传递的影响不大。2.轨道路堤斜坡的倾角对于车致振动的传播影响很大,且倾角越大对应的振动水平越小。3.在不同高度、不同斜坡倾角的轨道路堤上铺设聚苯乙烯泡沫块均有良好的减振效果。     

水平偏心受荷群桩的非线性分析（英文）

目的:群桩基础在近海建/构筑物及桥梁中广泛应用,而风、浪、船舶撞击等在群桩基础中产生的水平和扭转荷载往往影响群桩基础的安全。本文旨在提出一套能够计算水平和扭转荷载联合作用下的群桩非线性响应简化分析方法。创新点:1.采用广义p乘子法考虑群桩中各桩水平变形导致的桩-土-桩相互作用;2.建立基于瞬时转动中心的基桩桩头位移关系和承台平衡方程。方法:1.通过理论分析给出基桩桩头位移之间的关系,建立承台平衡方程;2.采用荷载传递模型(p-y和τ-θ曲线)模拟桩周土体非线性响应;3.采用广义p乘子法考虑群桩中各桩水平变形导致的桩-土-桩相互作用,并采用耦合因子计算基桩中推-扭耦合响应;4.通过迭代方法求解各基桩p乘子和群桩响应。结论:1.多组算例均表明本文提出的群桩非线性分析模拟能够较准确地模拟群桩响应,尤其在承台位移较大的情况下;2.广义p乘子能够有效地模拟群桩效应的主要部分;3.模型中的简化公式能够应用于实际工程问题分析。     

平行双孔隧道开挖变形三维数值分析

基于Gibson土建立平行双孔隧道的三维实体结构计算模型,考虑衬砌与周围土体的共同作用,并在盾构开挖面处施加表面力以模拟切削刀盘的推进力效应,分析平行双孔隧道同步开挖及不同滞后距离异步开挖时隧道相互作用所引起的周边土体变形及收敛形式。研究表明,平行双孔隧道异步开挖时,滞后距离对超前开挖隧道周围的竖直沉降影响微小,而对后挖隧道断面竖直沉降以及左右隧道水平位移的影响较大;随两隧道间距的增加,开挖时相互的影响会随之减小。     

一种静钻根植竹节桩非线性简化沉降计算方法（英文）

目的:静钻根植竹节桩是一种由预制桩和水泥土组成的组合桩基,其桩身具有预制桩-水泥土和水泥土-桩周土体两个接触面。本文以桩土接触面剪切试验、模型试验和现场试验数据为基础,提出一种静钻根植竹节桩简化沉降计算方法,为静钻根植竹节桩的沉降计算提供依据;并通过所提出的简化计算方法对静钻根植竹节桩桩端水泥土扩大头以及桩周水泥土直径对静钻根植竹节桩承载性能的影响进行研究。创新点:1.通过剪切试验对预制桩-水泥土接触面的剪切性能进行研究,得到接触面侧摩阻力与相对位移的关系;2.建立同时考虑预制桩-水泥土接触面和水泥土-桩周土体接触面作用的静钻根植竹节桩简化沉降计算方法。方法:1.通过桩土接触面剪切试验,得到预制桩-水泥土接触面摩擦模型;2.通过对模型试验结果的分析,得到水泥土-桩周土体接触面摩擦模型;3.根据试验结果编写静钻根植竹节桩沉降计算程序,通过与试验结果的比较验证所提计算方法的可靠性;4.通过提出的静钻根植竹节桩简化计算方法对静钻根植竹节桩承载力影响因素进行分析与研究。结论:1.预制桩-水泥土接触面摩擦性能远优于水泥土-桩周土体接触面摩擦性能;2.由于水泥浆的渗透作用,水泥土-桩周土体接触面的初始剪切刚度有所提高;3.所提出的计算方法能够有效地计算出静钻根植竹节桩单桩在成层土体中的荷载位移关系曲线;4.桩端水泥土扩大头能够有效地提高静钻根植竹节桩桩端承载性能,并且增加桩周水泥土直径能够提高静钻根植竹节桩承载性能。     

列车荷载对下穿盾构隧道影响的模型试验

为研究地面线路运营对下穿盾构隧道结构的影响规律,基于相似比理论建立室内大型试验模型,模拟上部列车荷载作用下土层及其内部盾构隧道结构的受力变形过程,总结变形规律。结果表明,模型试验能够较好地反映外部荷载影响下土层以及内部盾构隧道结构的受力和变形特性;地表列车荷载在土层传递过程中,同一层面上沿地面线路方向的土压力大于两侧土压力,远离线路的地层受列车荷载影响相对较小,同一竖向截面土压力变化量由上至下逐渐减小,即外部荷载对浅层土的影响明显大于深层土;盾构隧道在地表列车行驶过程中,环向出现背车面受拉迎车面受压的受力特性,呈斜向压扁,纵向应变从中间交叉点向盾构隧道两侧逐渐减小,呈下凹压弯;盾构隧道埋深越小,受地表荷载影响越显著,增大一倍埋深对应纵向应变最大值减小约44.5%。     

颗粒集合体变形破坏特征离散元计算分析

应用离散单元法研究了颗粒土试样在传统三轴压缩、平面应变和直剪3种不同荷载条件及不同初始条件下的变形破坏特性,从微观角度分析了不同条件下颗粒土试样变形的根本物理机理.对不同初始孔隙比、不同围压、不同荷载条件下的试样变形和破坏进行了数值模拟计算分析.结果表明,离散单元法可以准确反映试样的变形情况和局部应变等特性.通过对微观颗粒行为包括颗粒旋转和颗粒平移及局部孔隙率的研究,从细微观角度解释了不同条件下试样的变形特性和局部应变的产生机理,结果显示,荷载条件是影响试样变形破坏模式的重要因素,土的微观行为特性是其宏观表现特性的根本的内在物理原因.     

加筋建筑垃圾土地基模型试验

为了探讨废旧轮胎和建筑垃圾用于加筋地基的可行性,通过不同工况下的地基模型试验,研究压实度、填料、筋材对地基荷载-沉降特性的影响,并从土表变形和土压力方面简要探讨了加筋地基的工作机理.试验结果表明:提高压实度,地基的承载力和初始刚度均增大,沉降减小,建筑垃圾土的荷载-沉降特性优于砂土;同等条件下,废旧轮胎的加筋效果比土工...     

土的特性与支锚位置对支锚式挡墙嵌固深度的影响

目的:研究基坑开挖深度、土的重度、内摩擦角、外加荷载与支错位置等对支锚式挡土墙嵌固深度的影响,为非粘性土中支锚式及悬臂式挡土墙的设计提供理论依据.方法:提出一个支锚式挡土墙的计算模型,通过对模型进行合理的简化和控制变量法,计算分析土体特性与支锚位置对挡土墙嵌固深度的影响.结果:挡土墙嵌固深度与土的重度无关,随着外加荷载和挡土墙高度的增加呈线性增加,随着土体内摩擦角的增加呈非线性减少,支锚位置对挡墙嵌固深度的影响也较大.结论:随着支锚发挥作用,所需挡墙的最小嵌固深度减少超过50％,从开挖深度4/5位置以上向下移动支锚,所需挡墙的嵌固深度随之减少,最佳支锚位置在基坑开挖深度的3/4位置处.     

通过离心模型试验和数值模拟研究地下水位降低对高铁桩基础的影响（英文）

目的:地下水位下降会增大土体的有效应力,使其发生固结沉降,桩基础受到的负摩阻力也随之增加,进而引发桩基显著附加沉降,严重时可能超过高速铁路墩台基础工后沉降控制要求。目前,相关研究多集中于短桩且主要以数值模拟为主,试验研究较少,对长桩的研究更不充分。本文旨在通过联合离心模型试验和数值模拟开展深入分析,揭示地下水位下降对长桩基础的影响。创新点:1.通过离心模型试验和数值模拟,重现地下水位下降过程中不同长度桩基的力学响应;2.获得了桩-土相互作用及桩轴力计算参数β随水位下降的发展规律;3.通过实际工程案例分析,提出了考虑地下水位下降的桩基设计方法。方法:1.通过离心模型试验和自主研发的水位控制系统研究地下水位下降对不同长度桩基的影响;2.结合数值模拟,分析桩基沉降、轴力、摩阻力、群桩效应、参数β等随水位下降的发展规律;3.通过实际工程案例,分析地下水位下降对高速铁路桩基沉降发展的影响,并提出考虑地下水位下降的桩基设计方法。结论:1.地下水位下降会增大桩-土差异沉降,引起摩阻力增长,从而造成桩基下沉。2.桩中性点位置对水位下降不敏感;当水位下降幅值相同时,桩长越长,桩身轴力越大,但轴力增长比呈下降趋势。3.在列车荷载下水位下降不仅会因固结效应增加桩基沉降,还通过增加桩摩阻力改变桩基沉降发展模式。4.在列车循环荷载下,为使桩基沉降发展收敛,桩基承载力须增大60.9%以抵抗地下水位下降2 m的影响。