土拱效应

摘要： 为了探究砂卵石地层盾构掘进过程中地表沉降规律及开挖面失稳破坏机理,以清华园隧道盾构工程为依托,利用ф280 mm模型盾构试验平台开展盾构掘进模型试验.试验结果表明:盾构掘进过程中,由于刀盘的旋转扰动,砂卵石地层横断面地表沉降槽关于隧道中心线非对称分布,且地层损失越大非对称分布越显著;另一方面,盾构开挖面失稳破坏由地中发展至地表存在滞后现象,同时刀盘的旋转方向对地表塌陷坑的位置有直接影响,塌陷坑中心位于刀盘旋转的切线垂直向上时的一侧,在实际盾构隧道工程中需要对该问题重点关注.

摘要： 本文采用二维有限元进行数值模拟,研究桩长、桩间距、桩帽宽度和路堤高度对桩承式加筋路堤荷载传递的影响。分析对比路基中心处、中心线右侧和路肩处,路基表面土压力变化规律,对宽域断面路基横断面荷载变化规律进行研究。研究结果表明:增加桩长、桩帽宽度、路堤高度和减小桩间距,都可以增大路堤荷载分担比,提高单桩承载能力;从路基中心向路肩方向,荷载分担比逐渐减小,并且在路肩处荷载分担比迅速下降。

摘要： 本文对中国规范、英国规范、德国规范和北欧设计指南中关于土拱效应评价指标和加筋体拉应力的计算方法行了总结,并将各计算结果和两个工程实例进行了对比分析。结果表明:关于土拱效应评价指标的计算,当路堤高度较高时,中国规范和BS8006-2计算方法适用性较好。当路堤高度较低时,BS8006-1方法适用性较好;德国规范和英国规范中规定的筋材拉应变值与实测值吻合度较高;根据德国规范得出筋材拉应力的理论值与实测值吻合度较高。

摘要： 随着内河山区水库库区港口建设朝着大型化方向不断发展,为获取更大的陆域空间,需要进行加筋高填方施工,前沿作业平台的码头桩基与加筋填方区土体的相互作用成为影响码头结构安全的重要因素。以三峡库区某架空直立式码头为例,通过室内模型试验,探讨加筋高填方区桩后土拱效应的规律,证明加筋效应对改善和提升桩基受力是有益的。运用有限元分析方法,将筋带布置方式、填方区坡度和土体物理力学参数等因素对土拱效应和桩基应力的影响进行对比分析,并对优化加筋高填方区桩基设计提出建议。

摘要： 为探究局部静荷载作用下加筋对土拱效应的影响,利用铝棒相似土作为填料,设置4种不同的筋材布置方式,开展了平面应变活动门试验。试验结果表明,在自重和局部静荷载作用下,筋材的使用明显地减少了土拱的退化。与无筋情况不同,筋材的存在使得土拱在卸载阶段仍继续退化。当筋材总刚度基本相同时,垫层上、下方铺设两层筋材的方式有利于土拱的发展。另外,提出了预测不加筋活动门上方或筋材挠曲段上方由于局部静荷载引起的竖向附加应力的理论计算方法。

摘要： 土层间剪应力的客观存在,对主动土压力有较大影响。以墙背及填土面倾斜、墙后土体为黏性土的刚性挡墙为研究对象,给出了黏性土层间剪应力的计算方法;推导了位移效应、土拱效应和土层间剪应力影响下的主动土压力解析解,包括主动土压力的强度、大小和作用点。将本解析解与模型试验结果、其他解析解对比发现,合理考虑土层间剪应力可提高理论解的计算精度;当假定土层间剪应力自下而上传递时,解析结果与模型试验结果更加契合。这提供了更精确的刚性挡墙在复杂工况下的主动土压力计算方法,对这类挡墙设计具有一定的现实指导价值。

摘要： 在实际工程中,土拱效应不可避免地受到动荷载的影响。基于Trapdoor模型试验,建立了相应的离散元分析模型,通过比较模型试验结果与数值模拟结果,从应力和变形2个方面验证了数值模型的可靠性,并在此基础上研究了内摩擦角、荷载幅值和荷载频率对土拱效应的影响。为定量衡量土拱效应的退化程度,定义了土拱退化参数α。结果表明,在局部动荷载作用下,土拱会发生退化:随着内摩擦角的增大,土拱退化参数α逐渐减小,表明土拱效应的退化程度降低;随着荷载幅值和频率的增加,土拱退化参数α逐渐增大,意味着土拱效应的退化程度增加。

摘要： 板间距大小是斜插式桩板墙结构关键设计参数,也是该结构能否被推广应用的核心问题.本文采用ABAQUS有限元软件分析了板间距变化对斜插式桩板墙板间竖向土拱效应的影响规律,给出了斜插式桩板墙的合理板间距范围,同时以相邻板板底作为拱脚支撑,计算得到了斜插式桩板墙板间竖向土拱拱轴线方程,并验证了受力分区的合理性.分析结果表明:斜插式桩板墙板间距大小与拱效应强度关系呈现为“S”型,合理的板间距取值范围为0.2~0.4倍板宽,且板间自然平衡拱的主应力合理拱轴线为椭圆曲线的一部分。

摘要： 为分析EPS板的减荷机理与效果,通过室内模型试验,研究了不同密度、不同厚度的EPS板对高填方涵洞卸载效果的影响.结果表明:①马斯顿效应会对涵洞顶部产生较大的附加应力,在涵洞顶部铺设EPS板可以有效地减小涵洞顶部土压力;②沉降过程中土体内部形成了土拱效应,造成了土体内部应力重分配;③EPS板密度越小、厚度越大,对涵洞顶部应力的减小效果越明显;④EPS板有明显的蠕变效应,可为涵洞提供长期减荷环境.

摘要： 位于上土下岩二元地层的地下交通隧道,随土岩组合条件变化土拱效应发挥程度不同,导致土体变形和邻近建筑物地基产生不均匀沉降,地基不均匀沉降易导致砌体房屋开裂。文章以济南地区典型土岩组合地层为研究对象,基于土岩弹塑性本构理论,采用MIDAS/GTS有限元软件,建立隧道—岩土体—砌体结构二维有限元整体模型,分析研究了浅埋暗挖隧道施工对邻近砌体结构的影响,并通过模拟不同土岩界面位置,分析了不同土岩组合条件下隧道施工引起的砌体结构基础沉降、墙体应变及结构破坏等特性。结果表明:土岩组合地层中的土拱效应可以有效地抑制隧道施工产生的变形及对邻近砌体结构的影响,且随土岩界面的上下变化土拱效应发挥程度不同;当土岩交界面位于隧道起拱线以上位置时,更有利于土拱效应的发挥,显著降低暗挖隧道施工对砌体结构的影响。

摘要： 本文分析了土拱效应的形成机理及土拱空间受力特征,综述了目前土拱效应的研究现状,对土拱效应研究方向的发展趋势做了简要论述.

摘要： 土拱效应在自然界中普遍存在,菱形抗滑桩与普通抗滑桩的受力特性不同,很有必要对其合理桩间距展开深入研究.考虑抗滑桩加固边坡时的土拱效应,引入菱形抗滑桩受力分析计算模型,并基于某些基本假定,就对桩-土接触界面的剪切破坏机理及拱脚破坏的应力状态进行了分析,进而推导出菱形抗滑桩加固边坡的合理桩间距计算公式.通过算例对比分析,验证了理论计算模型及桩间距计算公式的合理性,在此基础上,对影响桩间距的摩擦角、黏聚力、桩宽以及强度折减系数等参数进行了分析和探讨,结果表明:(1)在同一滑坡推力下,菱形抗滑桩的合理桩间距与黏聚力、桩宽、强度折减系数均成正比关系变化;(2)滑坡推力在一定范围内变化时,改变桩宽对合理桩间距的影响程度保持不变;(3)滑坡推力在一定范围内变化时,摩擦角、黏聚力以及强度折减系数对合理桩间距的影响程度随着滑坡推力的增加有所下降.本文所得结论可以为抗滑桩加固边坡的工程应用提供有效参考.

摘要： 为揭示沉埋式双排抗滑桩的抗滑机理及抗滑桩桩后土拱效应的发展变化特征,运用FLAC3D进行数值模拟计算,并分析了不同沉埋深度下桩周土体位移和桩间土体的应力变化规律.研究结果表明,双排抗滑桩在滑坡推力的作用下,分别在前排桩和后排桩桩后形成土拱效应,并随沉埋深度增加,前排桩土拱效应先减小后增加;同时时双排桩桩间中轴线σx应力变化的分析发现,沉埋桩桩顶土体抵抗滑坡推力有一定作用范围,大约向后延伸2m左右,在该范围内的土体将最大限度的吸收滑坡推力;同时桩顶土体的承担能力有限,当沉埋深度过大,桩顶土体不足以抵抗传递来的滑坡推力,前排桩的土拱效应将增大.

摘要： 桩网结构路基在我国高速铁路以及高速公路的建设中得到了广泛的应用,路基加固桩的稳定性直接关系到了桩网结构路基的稳定性.目前对于桩网结构路基的设计主要依托于复合地基理论的设计方法,没有考虑到土拱效应的影响,且设计方法多是基于安全系数法,没能考虑到土体参数的不确定性以及相关性.本文基于路基土拱效应的应力集中现象,对桩网结构路基加固桩的稳定性进行了可靠度分析,对岩土参数的不确定性进行了敏感性分析.计算结果表明,岩土参数的变异程度越大,路基稳定性可靠度指标越低.岩土参数的不确定直接影响到了岩土稳定性评价结果的准确性,因此可靠度理论与安全系数的结合能够更加合理的评价路基的稳定性.

摘要： 土拱效应是反映桩承式加筋路堤受力机理的重要现象.本文利用有限元计算模型,系统研究了路堤荷载下桩承式加筋路堤的土拱效应问题,揭示了土拱效应的形成机理以及相关影响因素,探讨了土拱效应随固结过程、软土性质、桩体性质和格栅刚度等的变化规律.计算结果表明土拱效应随填土高度的增加而增强,随软土层模量的增加而减弱,随桩体模量的增加而增强,随格栅刚度的增加而减弱.固结过程对土拱系数的有显著影响,工后15年土拱效应显著增强.

摘要： 为了从更深层次理解土拱效应的工作性状,在总结桩承式路堤土拱效应中等沉面、桩体荷载分担比等问题的基础上,比较了几种桩体荷载分担比的计算方法,阐述了动荷载在桩承式路堤中的传递机理,分析了土拱效应发挥程度对动应力的影响,最后给出桩承式路堤中动应力的计算方法.研究结果表明:等沉面与土拱高度可用临界填土高度进行归一化描述,临界填土高度与桩间净距呈线性关系;桩体荷载分担比的大小与工况有关,几种计算方法有各自的适用条件;陈云敏的计算方法与实测值拟合度较高;动荷载的传递也受土拱效应的影响,随着动荷载循环次数的增加,土拱效应存在先强化后弱化的现象.

摘要： 土拱效应广泛存在于岩土工程各个领域中,如隧道开挖、基坑支护、边坡稳定性等工程,其实质是应力转移的一种现象,这种应力的转移是由于土体受到外力发生不均匀的变形,由剪切强度的发挥实现的.本文采用OptumG2岩土分析软件对桩土挤出土拱效应进行了模拟,得到结论如下:极限分析,即上下限解分析,具有远高于传统有限元方法的计算效率和准确度;通过OptumG2岩土软件,采用极限分析法可以很好地模拟土拱效应,从结果云图中可以也可以很明显的看出;本文中极限分析假设的土压力为矩形,土体土压力通常呈三角形,但可以对其合力进行比较,且这种近似是合理的;通过OptumG2极限分析法得出的极限荷载,可以用来判断发生土拱效应时,桩间的土体是否会从桩间挤出.

摘要： 土拱效应的形成条件和荷载传递机理是刚性桩复合地基桩–土协调共同作用的关键性技术问题,然而对于土拱效应的形成机理室内试验研究还不充分.本文通过二维土拱室内模型试验分析了桩承式加筋路堤底部的竖向应力,并结合试验结果对Hewlett & Randolph方法进行评估;分析了土工格栅对路堤中竖向应力以及桩土应力比的影响,并对英国规范以及简化解析解方法中计算土工格栅的应变结果进行了对比分析.研究结果表明:土工格栅的存在增大了桩土应力比,当桩土应力比稳定时,软土表面处的桩土应力比约是无土工格栅下的2倍.土工格栅发生应变的最大位置在桩的附近,简化解析解方法和BS8006方法能较好地评估土工格栅的应变,分别高估了土工格栅约6.7％和33.3％的应变.试验同时分析了路堤高度的变化对软土表面沉降的影响,从试验结果中可以看出:土拱效应完全发挥时,桩间土所承担的竖向应力与路堤填土自重的比值σs/γh约在0.36-0.40之间.

摘要： 通过flac3D数值模拟,研究单一土质微型桩复合土钉的协同作用,通过调整微型桩间距,分析土体位移场和应力场的规律,研究证明,微型桩间距2D时,土钉的支护作用尚未发挥,桩间的土拱尚未形成,在桩间距(4～6)D时,微型桩与土钉的复合作用最好,桩间的摩擦土拱首先形成.在6D时桩后端承拱发挥作用,且土钉之间的水平鞍形拱初步形成,此时钉头压区与微型桩压区的存在叠交;在微型桩间距为9D时,桩后端承拱失效,土体发生绕流,但是土钉之间的鞍形拱转化为圆弧拱,土钉的支护作用增强;在微型桩间距12D时,钉间拱矢高变小,土体初步形成滑裂面.根据以上研究结论,建议微型桩与土钉复合支护的基坑,微型桩合理间距在(2～9)D,(4～6)D为宜.结论可为微型桩复合土钉支护设计及施工提供理论基础.

摘要： 针对用于逆作法的地下连续墙在特定的地质条件下存在费工费时的弊端,创造性地提出了柱支式地下室连续墙技术的概念,浅墙段起挡土、挡水的作用,而承重的作用主要靠深墙段来完成,良好的土拱作用以及上部的近似刚体的水平支撑作用的共同存在，设计时可以不考虑土体的滑移破坏和坑底隆土。通过大量的数值仿真分析以及实际工程的应用实践与现场监测进行验证,证明了此技术的合理性与可推广性,可供类似项目参考.

摘要： 本发明公开了一种考虑土拱和变形空间效应的软土基坑双排桩支护结构，包括前排支护桩、后排支护桩及盖板，在前排支护桩与后排支护桩之间设有拱形搅拌桩止水帷幕，在前排支护桩与后排支护桩之间设有加筋水泥土墙，坑前设有格栅式搅拌桩，盖板连接前排支护桩与后排支护桩，构成空间共同承载结构，有效地提高空间抗弯扭刚度；拱形搅拌桩止水帷幕的拱形布置与双排桩间荷载传递的路径吻合，可显著提高承载拱内土体的强度，有效的控制承载拱内土体压缩；加筋水泥土墙与前排支护桩、后排支护桩共同形成复合墙墩，在不增加支护结构占地空间的情况下，可有效抑制软土基坑开挖存在的变形空间效应。

摘要： 本实用新型公开了一种考虑土拱和变形空间效应的软土基坑双排桩支护结构，包括前排支护桩、后排支护桩及盖板，在前排支护桩与后排支护桩之间设有拱形搅拌桩止水帷幕，在前排支护桩与后排支护桩之间设有加筋水泥土墙，坑前设有格栅式搅拌桩，盖板连接前排支护桩与后排支护桩，构成空间共同承载结构，有效地提高空间抗弯扭刚度；拱形搅拌桩止水帷幕的拱形布置与双排桩间荷载传递的路径吻合，可显著提高承载拱内土体的强度，有效的控制承载拱内土体压缩；加筋水泥土墙与前排支护桩、后排支护桩共同形成复合墙墩，在不增加支护结构占地空间的情况下，可有效抑制软土基坑开挖存在的变形空间效应。

摘要： 本发明涉及一种基于土拱效应的抗滑桩桩间距及桩板土压力的确定方法，属于滑坡、边坡、基坑等支挡工程技术领域。该方法包括以下步骤：步骤一：勘探滑坡治理工程现场，掌握地质勘察资料，形成地质勘察报告；步骤二：根据地质勘察报告进行滑坡推力的计算；步骤三：确定桩宽b；步骤四：给定精度控制量eps；步骤五：确定函数Φ的最小值Φmin，若Φmin≤eps，则转到步骤六，否则终止计算，表明此滑坡工程采用抗滑桩设计不合适；步骤六：确定桩间距和土拱方程；步骤七：计算桩板土压力。该方法与现有技术相比，可以提高抗滑桩设计的合理性，加大工程中抗滑桩能力的利用。

摘要： 本发明公开了桩承式路堤中平面土拱效应与多层加筋体拉膜效应研究试验装置，该装置分上下两层立方体模型槽，上层模型槽中放置砂土；下层模型槽放置底部带支座的桩梁，桩梁周围填筑泡沫或海绵颗粒模拟地基软土，在软土上方不同高度处放置加筋材料。在桩梁及软土表面上方不同高度处放置土压力盒，以揭示路堤中竖向应力沿路堤高度的变化规律；通过变化路堤高度、桩间距、桩帽尺寸，揭示桩承式路堤中土拱不产生、部分产生、完全产生机理。模型槽中心软土表面处放置单点位移计测量软土表面沉降，并借助PVC管测量多层加筋体的竖向变形，利用软土表面的最大沉降和加筋体最大竖向变形对比分析软土和多层加筋体在桩承式路堤中的竖向承载作用力。

摘要： 本发明涉及一种基于三向土拱效应的柔性管道上覆土压力预测方法，属于地下空间工程领域。该预测方法通过对地基不均匀沉降在管道上覆土体中引发的土拱效应进行计算分析，利用刚体极限平衡理论，建立管道上覆土压力预测公式，从而计算得到埋地柔性管道在地基不均匀沉降下的上覆土压力。本发明提供的基于三向土拱效应的柔性管道上覆土压力预测方法，为埋地柔性管道在地基不均匀沉降下上覆土压力的计算提供了一种安全保守的设计方法。

摘要： 本发明涉及一种基于土拱效应的抗滑桩桩间距及桩板土压力的确定方法，属于滑坡、边坡、基坑等支挡工程技术领域。该方法包括以下步骤：步骤一：勘探滑坡治理工程现场，掌握地质勘察资料，形成地质勘察报告；步骤二：根据地质勘察报告进行滑坡推力的计算；步骤三：确定桩宽b；步骤四：给定精度控制量eps；步骤五：确定函数Φ的最小值Φmin，若Φmin≤eps，则转到步骤六，否则终止计算，表明此滑坡工程采用抗滑桩设计不合适；步骤六：确定桩间距和土拱方程；步骤七：计算桩板土压力。该方法与现有技术相比，可以提高抗滑桩设计的合理性，加大工程中抗滑桩能力的利用。

摘要： 本发明公开了桩承式路堤中平面土拱效应与多层加筋体拉膜效应研究试验装置，该装置分上下两层立方体模型槽，上层模型槽中放置砂土；下层模型槽放置底部带支座的桩梁，桩梁周围填筑泡沫或海绵颗粒模拟地基软土，在软土上方不同高度处放置加筋材料。在桩梁及软土表面上方不同高度处放置土压力盒，以揭示路堤中竖向应力沿路堤高度的变化规律；通过变化路堤高度、桩间距、桩帽尺寸，揭示桩承式路堤中土拱不产生、部分产生、完全产生机理。模型槽中心软土表面处放置单点位移计测量软土表面沉降，并借助PVC管测量多层加筋体的竖向变形，利用软土表面的最大沉降和加筋体最大竖向变形对比分析软土和多层加筋体在桩承式路堤中的竖向承载作用力。

摘要： 本发明属于抗滑桩技术领域，涉及一种基于土拱效应的梯形抗滑桩侧桩选取方法，其包括以下步骤：S1.建立理论模型；S2.参数假设；S3.特征分析；S4.建模整合；S5.模型建立；S6.模拟分析；S7.循环上述步骤S1‑S6，采用上述步骤可以有效区别于现有技术的依次进行有限元分析、模型数据分析采集、模型建立，对比分析的常规步骤进行，可以高效解决当梯形截面抗滑桩上底，截面高度以及桩间距布设与桩土接触面摩阻系数保持一定时，45度到50度的截面侧角有利于加强桩侧与桩后受力面性能，双拱发挥协同作用。

摘要： 本实用新型涉及一种模拟土拱效应及加筋土拱作用的试验装置，该装置由试验主箱、支撑部件、活动隔板、活动挡板、固定挡板和旋转盘，所述试验主箱为试验土体容器，同时起到记录试验位移值的作用，所述位移控制系统通过螺纹杆及支撑弹簧，在保证下部顶板能够顺利下滑的同时，有效避免了螺纹杆上作用力过大导致卡死的现象，位移控制值通过螺纹杆螺纹距控制，能够较精确的模拟沉降量，试验主箱及位移控制系统之间有活动挡板系统，用以模拟不同桩及不同桩间距的作用。与现有技术相比，本实用新型具有操作方便，安全可靠，适用性强等优点。

摘要： 本实用新型公开了验证加筋土结构筋‑土间土拱效应的装置，包括框架、加载系统、填料和外壳；外壳是一上方开口的容置箱，外壳内设有填料，填料上面设有顶板；外壳上方设有反力架；反力架与顶板之间设有加载系统；加载系统包括从上向下以此连接的圆形混凝土板、千斤顶、压力环和方形混凝土板；圆形混凝土板固定于反力架的中间部位；千斤顶通过圆形混凝土板和反力架形成反压加载系统向压力环施加载荷；压力环测量反力架与顶板之间由千斤顶施加的荷载的数值；方形混凝土板上面与压力环连接，下面压紧顶板将压力环施加载荷分布到顶板；填料为横向分层设置的多彩颜色沙土。本实用新型能够准确确定何种加筋间距下加筋土内部才能形成稳定的土拱效应。