• ISSN 0258-2724
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基于桩网路堤简化分析方法的参数研究

刘飞成 张建经 闫世杰 曹礼聪 吴祚菊

刘飞成, 张建经, 闫世杰, 曹礼聪, 吴祚菊. 基于桩网路堤简化分析方法的参数研究[J]. 西南交通大学学报, 2018, 53(6): 1227-1236. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.06.019
引用本文: 刘飞成, 张建经, 闫世杰, 曹礼聪, 吴祚菊. 基于桩网路堤简化分析方法的参数研究[J]. 西南交通大学学报, 2018, 53(6): 1227-1236. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.06.019
LIU Feicheng, ZHANG Jianjing, YAN Shijie, CAO Licong, WU Zuoju. Parameters Analysis Based on Simplified Method to Solve Piled Embankment with Geogrid-Reinforcement[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2018, 53(6): 1227-1236. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.06.019
Citation: LIU Feicheng, ZHANG Jianjing, YAN Shijie, CAO Licong, WU Zuoju. Parameters Analysis Based on Simplified Method to Solve Piled Embankment with Geogrid-Reinforcement[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2018, 53(6): 1227-1236. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.06.019

基于桩网路堤简化分析方法的参数研究

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.06.019
详细信息
    作者简介:

    刘飞成(1992—),男,博士研究生,研究方向为软土地基处理,E-mail: liufeicheng@my.swjtu.edu.cn

    通讯作者:

    吴祚菊(1978—),女,副教授,博士,研究方向为土力学与土动力学,E-mail: 706805410@qq.com

  • 中图分类号: TU411

Parameters Analysis Based on Simplified Method to Solve Piled Embankment with Geogrid-Reinforcement

  • 摘要: 为研究桩网路堤各影响参数对其传力机制与变形特性的影响,通过理论推导得出了桩网路堤简化分析方法,采用该方法对桩网路堤进行参数分析. 首先,综合考虑路堤填土土拱效应、地基支承作用和土工格栅效应,采用抛物线方程描述土工格栅变形,推导得到了针对正方形布桩型式的桩网路堤的分析方法;其次,通过与现场试验和目前主流设计方法对比分析,验证了本文计算方法结果可靠、计算过程简便;最后,采用该理论方法针对路堤高度、土工格栅刚度、地基软土厚度、软土模量对格栅张力、地基最大沉降和应力集中比的影响规律进行系统分析,在此基础上,引入非重复性二次方差分析对各参数的影响程度进行了量化对比. 研究结果表明:格栅张力与路堤填高、格栅刚度、地基软土厚度成正相关关系,与软土模量成负相关关系;地基沉降与路堤高度、软土厚度成正相关关系,与格栅刚度、地基软土模量成负相关关系;应力集中比与路堤高度、格栅刚度、地基软土厚度成正相关关系,与地基软土模量成负相关关系;降低地基软土厚度和增大软土模量是保证土工格栅正常工作情况下尽可能增大应力集中比的有效手段;缩小桩间距或采用大桩帽,其优化效果好于提高格栅抗拉刚度.

     

  • 图 1  土工格栅受力变形示意

    Figure 1.  Stress-strain analysis of geogrid element

    图 2  土工格栅微元计算示意

    Figure 2.  Mechanical analysis of the geogrid segment

    图 3  H对格栅张力的影响

    Figure 3.  Influence of embankment height on the tension

    图 4  H对地基沉降的影响

    Figure 4.  Influence of embankment height on settlement

    图 5  HRsc的影响

    Figure 5.  Influence of embankment height on Rsc

    图 6  H对地基沉降的影响(无格栅)

    Figure 6.  Influence of embankment height on settlement(without geogrid)

    图 7  HRsc的影响(无格栅)

    Figure 7.  Influence of embankment height on Rsc(without geogrid)

    图 8  k对格栅张力的影响

    Figure 8.  Influence of tensile stiffness on the tension

    图 9  k对地基沉降的影响

    Figure 9.  Influence of tensile stiffness on settlement

    图 10  kRsc的影响

    Figure 10.  Influence of tensile stiffness on Rsc

    图 11  hs对格栅张力的影响

    Figure 11.  Influence of soft ground depth on the tension

    图 12  hs对地基沉降的影响

    Figure 12.  Influence of soft ground depth on settlement

    图 13  hsRsc的影响

    Figure 13.  Influence of soft ground depth on Rsc

    图 14  hs对地基沉降的影响(无格栅)

    Figure 14.  Influence of soft ground depth on settlement(without geogrid)

    图 15  hsRsc的影响(无格栅)

    Figure 15.  Influence of soft ground depth on Rsc(without geogrid)

    图 16  Es对格栅张力的影响

    Figure 16.  Influence of soft soil modulus on the tension

    图 17  Es对地基沉降的影响

    Figure 17.  Influence of soft soil modulus on settlement

    图 18  EsRsc的影响

    Figure 18.  Influence of soft soil modulus on Rsc

    图 19  Es对地基沉降的影响(无格栅)

    Figure 19.  Influence of soft soil modulus on settlement(without geogrid)

    图 20  EsRsc的影响(无格栅)

    Figure 20.  Influence of soft soil modulus on Rsc(without geogrid)

    表  1  土体的物理力学性质

    Table  1.   Parameters of soil

    土层 厚度/m 重度/(kN•m–3 压缩模量/MPa 泊松比 黏聚力/kPa 摩擦角/(°)
    路堤 7.2 20.0 15.00 0.3 10.0 30.0
    素填土 2.0 19.1 5.54 0.3 19.0 18.8
    粉砂 7.0 18.4 9.97 0.3 10.0 24.1
    中砂 10.0 18.9 25.00 0.3 28.8
    密砂 5.0 18.9 32.60 0.3 28.9
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    表  2  实测结果与计算结果对比

    Table  2.   Comparison of test data and calculation results

    方法 桩顶荷载/kPa 地基土表面荷载/kPa 格栅张力
    /(kN•m–1
    现场
    实测
    240.7 73.7 4.3
    计算
    结果
    262.2 74.7 6.6
    误差/% 8.9 1.3 34.8
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    表  3  路堤、桩(桩帽)、土工格栅以及土体的主要参数

    Table  3.   Parametes of embankment,pile(cap),geogrid and soil

    名称 参数名称 数值
    路堤 高度/m 1.39
    重度/(kN•m–3 20
    内摩擦角/(°) 30
    桩帽宽度/m 1.13
    桩间距/m 2.52
    桩径/m 0.6
    地基土 深度/m 25
    重度/(kN•m–3 17.5
    弹性模量/MPa 2.2
    内摩擦角/(°) 9
    土工格栅 抗拉刚度/(kN•m–1 1 700
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    表  4  不同方法计算结果

    Table  4.   Results of different methods

    参数 本文计算方法 Low计算
    方法[11]
    Abusharar计算
    方法[10]
    BS8006计算
    方法[14]
    BS8006修正
    方法[15]
    Guido计算
    方法[6]
    Lu计算
    方法[9]
    桩顶竖向荷载/kPa 77.04 70.92 69.30 71.83 73.70 63.05 74.85
    地基表层平均荷载/kPa 9.54 14.50 15.82 0 0 0 11.30
    格栅张力/(kN•m–1 47.40 34.00 39.18 44.40 64.30 30.55 38.71
    土工格栅承担的
    竖向荷载/kPa
    15.10 14.49 15.81 34.68 33.40 20.90 19.31
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    表  5  参数影响程度计算结果

    Table  5.   Influence degree of different parameters

    结果 F分布 B为格
    栅刚度
    B为软
    土模量
    B为软
    土厚度
    B为路
    堤高度
    格栅
    张力
    FA 12.8 25.8 9.9 14.3
    FB 81.3 13.8 36.0 20.3
    Rsc FA 44.1 9.6 24.3 25.1
    FB 24.9 82.6 49.8 494.4
    地基
    沉降
    FA 37.3 34.5 29.0 22.7
    FB 9.8 1.3 4.4 5.8
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  • 收稿日期:  2017-03-09
  • 刊出日期:  2018-12-01

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