• ISSN 0258-2724
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路堤下复合地基素混凝土桩受力特征和破坏机理

黄俊杰 石晓娜 苏谦 王薇 王武斌

黄俊杰, 石晓娜, 苏谦, 王薇, 王武斌. 路堤下复合地基素混凝土桩受力特征和破坏机理[J]. 西南交通大学学报, 2019, 54(5): 945-952, 988. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180251
引用本文: 黄俊杰, 石晓娜, 苏谦, 王薇, 王武斌. 路堤下复合地基素混凝土桩受力特征和破坏机理[J]. 西南交通大学学报, 2019, 54(5): 945-952, 988. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180251
HUANG Junjie, SHI Xiaona, SU Qian, WANG Wei, WANG Wubin. Stress Characteristics and Failure Mechanisms of Plain Concrete Piles of Composite Foundation under Embankment[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2019, 54(5): 945-952, 988. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180251
Citation: HUANG Junjie, SHI Xiaona, SU Qian, WANG Wei, WANG Wubin. Stress Characteristics and Failure Mechanisms of Plain Concrete Piles of Composite Foundation under Embankment[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2019, 54(5): 945-952, 988. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180251

路堤下复合地基素混凝土桩受力特征和破坏机理

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180251
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(51508478)
详细信息
    作者简介:

    黄俊杰(1984—),男,讲师,博士,硕士生导师,研究方向为铁路、公路路基工程,E-mail:jjhuang_swjtu@126.com

    通讯作者:

    石晓娜(1984—),女,讲师,研究方向为规划设计与建设工程,E-mail:xna_shi@163.com

  • 中图分类号: U213.1

Stress Characteristics and Failure Mechanisms of Plain Concrete Piles of Composite Foundation under Embankment

  • 摘要: 为了合理分析软土地区路堤下素混凝土桩复合地基的稳定性,基于离心模型试验和仿真分析,研究了不同桩间距条件下路堤下素混凝土桩复合地基桩体的受力特征,引入桩体破坏逐一退出机制,分析了桩体破坏模式. 结果表明:在路堤自重和列车荷载作用下,路堤下复合地基素混凝土桩受力特征和破坏模式具有显著的桩间距效应,当桩间距分别增大至4倍和6倍桩径时,最靠近坡脚的第1列与第1、2列素混凝土桩分别产生了断桩破坏;在桩间距不变的条件下,随着上部荷载的增大,素混凝土桩最大弯矩和剪力均逐渐增大;施加列车荷载后,桩体最大弯矩和剪力往路基坡脚方向呈逐渐增大的规律,桩间距由3倍增大至6倍桩径时,靠近坡脚的桩体最大弯矩由172.9 kN•m增大至601.0 kN•m,大于桩体标定极限弯矩值,剪力由89.4 kN增大至249.1 kN,小于桩体标定极限剪力值,表明离心模型试验中素混凝土桩产生弯曲破坏而不是剪切、受压和受拉破坏,最靠近坡脚的桩最先发生弯曲破坏,随后往路基中心方向呈逐一弯曲破坏模式.

     

  • 图 1  离心试验模型尺寸

    Figure 1.  Dimensions of the centrifugal test model

    图 2  试验结束后预制素混凝土桩状态

    Figure 2.  State of plain concrete piles after test

    图 3  桩间距为3倍桩径的数值模型(单位:cm)

    Figure 3.  Numerical model with a pile spacing of 3 times the pile diameter (unit:cm)

    图 4  桩间距为4倍和6倍桩径的数值模型平面(单位:cm)

    Figure 4.  Plan graphs of numerical models with pile spacings of 4 and 6 times the pile diameter (unit:cm)

    图 5  桩身剪力沿深度的变化规律

    Figure 5.  Variation of shear force with pile depth

    图 6  各数值模型不同位置桩弯矩

    Figure 6.  Variation of bending moment with pile depth

    图 7  第1列桩断开条件下各桩弯矩和剪力

    Figure 7.  Bending moments and shear forces of piles when the first column piles are disconnected

    图 8  第1列和2列桩断开条件下各桩弯矩和剪力

    Figure 8.  Bending moments and shear forces of piles when the first and second column piles are disconnected

    图 9  桩体侧向位移云图

    Figure 9.  Cloud chart of lateral displacement of piles

    表  1  模型地基土主要力学参数

    Table  1.   Main mechanical parameters of soils used in the model

    名称 含水率/% 密度/(kg•m–3 粘聚力/kPa 内摩擦角/(°)
    粉质黏土 31.98 1 940 30.4 25.1
    粉砂土 30.31 1 930 5.7 28.0
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    表  2  离心机试验方案加载历程

    Table  2.   Loading regime of all centrifuge tests

    模拟工况 加速度/(×g 加载时间/min 持续时间/min
    路堤高 2.0 m 16.67 2.04 103.68
    路堤高 4.0 m 33.33 1.95 25.92
    路堤高 6.0 m 50.00 1.90 11.52
    服役 1 a(施加车-轨荷载) 50.00 7.94 210.00
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    表  3  数值模型主要计算参数

    Table  3.   Main calculation parameters of numerical models

    部件名称 密度/(g•cm–3 弹性模量/MPa 泊松比 摩擦角/(°) 粘聚力/kPa
    路堤填土 1.95 51.0 0.28 38.0 35.0
    加筋垫层 2.10 108.8 0.26 45.0 40.0
    2.40 15.0 0.20
    粉质黏土(2-1) 1.94 13.8 0.34 25.1 30.4
    粉质黏土(2-2) 1.94 13.8 0.34 25.1 30.4
    砂性土 1.93 30.6 0.30 28.0 5.7
    强风化泥岩 2.20 680.0 0.24 40.0 160.0
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    表  4  各数值模型桩身最大轴力

    Table  4.   Maximum axial forces of main piles of models

    模型序号 桩间距/桩径 最大轴力/kN 桩号
    C-1 3 349.2 1#
    756.8 3#
    959.9 5#
    443.1 1#
    C-2 4 811.4 2#
    1 205.0 4#
    425.1 1#
    C-3 6 1 160.0 2#
    1 436.0 3#
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-03-31
  • 修回日期:  2018-09-05
  • 网络出版日期:  2019-04-02
  • 刊出日期:  2019-10-01

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