桩-网复合地基中土拱效应分析

合集下载

刚性桩复合地基桩间土拱效应试验研究与数值模拟＊

科技与创新┃Science and Technology &Innovation·64·2023年第14期文章编号：2095-6835（2023）14-0064-03刚性桩复合地基桩间土拱效应试验研究与数值模拟＊江思卿，刘晓红，王宇鑫，刘昱辰，龚悦（湖南理工学院，湖南岳阳414006）摘要：利用自主研发的装置系统，对桩间黏性土的土拱效应进行模型试验研究，探讨了刚性桩复合地基桩间距对土拱效应的影响规律。

试验结果表明，随着桩间距的增大，土拱效应逐渐减弱，直至最后完全消失，当桩间距在4～8倍桩径时，桩间土拱效应明显。

利用OPTUM G22021软件，对刚性桩复合地基不同桩间距土拱效应进行数值模拟，计算结果与试验结果基本吻合。

关键词：刚性桩；复合地基；土拱效应；模型试验中图分类号：TU473.1文献标志码：ADOI ：10.15913/ki.kjycx.2023.14.018近年来，随着城市化进程的加速以及建筑结构的日益复杂，刚性桩复合地基作为一种新型地基处理技术，被广泛应用于建筑和土木工程中。

在刚性桩复合地基设计工作中，桩间距的取值非常重要，而研究桩间土拱效应能为桩间距的取值优化提供依据。

国内外学者从不同角度对土拱效应的发展过程进行了广泛研究，取得了丰富的成果。

1936年，TERZAGHI [1]通过活动门试验验证了土力学领域中土拱效应的存在。

蒋良潍等[2]利用合理拱轴线几何特征与受压破裂角方位，将黏性土土拱计算的平衡条件和强度条件综合简化为拱脚轴向压应力表达，为土拱效应的估算提供了简便清晰的计算方法。

周剑波等[3]分析了土拱拱脚处的受力特征，建立了拱脚在极限平衡状态下土拱极限跨度表达式。

李怀鑫[4]基于FLAC3D 数值计算软件，模拟热力耦合作用对桩体以及桩间土拱效应的影响，建立出土拱整体稳定和局部稳定两种模型，提出了两种力学模型下的抗滑桩桩间距公式。

陈洋等[5]通过现场试验，研究了桩间距和桩帽宽度对桩承式加筋路堤土拱效应的影响，实测了路堤荷载下不同桩间距和桩帽宽度下桩帽及桩间土表面的竖向土压力，据此获得土拱高度与桩帽净距的关系。

土拱效应在抗滑桩工程中的应用

土拱效应在抗滑桩工程中的应用引言抗滑桩作为一种常见的地基处理方式，被广泛应用于建筑工程中。

土拱效应作为一种重要的力学原理，为抗滑桩的设计和施工提供了理论依据。

本文将重点探讨土拱效应在抗滑桩工程中的应用，以期更好地理解和应用这一力学原理。

一、土拱效应的基本概念土拱效应是指在土体受到外力作用时，土体内部会形成一种类似拱形的应力分布状态。

这种应力分布可以阻止土体的坍塌，并提供额外的抗力。

土拱效应的形成是由于土体中颗粒之间的摩擦力和内聚力的作用，使得土体变得更加稳定。

二、土拱效应在抗滑桩工程中的应用1. 抗滑桩的设计在抗滑桩的设计中，土拱效应被广泛考虑。

通过合理的桩身形状和布置方式，可以使土体在受到外力作用时形成土拱效应，从而提高抗滑桩的抗力。

例如，在边坡抗滑桩的设计中，可以采用倾斜布置的桩体，使得桩体周围的土体形成一个稳定的土拱，增加桩体的抗滑能力。

2. 抗滑桩的施工在抗滑桩的施工中，土拱效应也被充分应用。

通过合理的施工方法和施工顺序，可以最大限度地发挥土拱效应，提高抗滑桩的稳定性。

例如，在挖掘抗滑桩基坑时，可以先挖掘较深的部分，使得土体形成一个稳定的土拱，然后再进行浅部的挖掘，避免土体的坍塌。

3. 抗滑桩的监测与维护土拱效应在抗滑桩的监测与维护中也具有重要意义。

通过合理的监测手段和方法，可以及时发现抗滑桩的变形和损坏情况，并采取相应的维护措施。

例如，可以利用测斜仪和应变计等设备对抗滑桩进行定期监测，及时判断土体的变形情况，从而采取合理的维护措施，保证抗滑桩的稳定性。

三、土拱效应的优势和局限性1. 优势土拱效应可以提高抗滑桩的抗力，增加工程的稳定性。

通过合理的设计和施工，可以最大限度地发挥土拱效应，提高抗滑桩的承载能力和抗滑能力。

2. 局限性土拱效应的形成需要土体具有一定的内聚力和摩擦力。

如果土体的内聚力较小或摩擦力较低，土拱效应可能无法形成，从而影响抗滑桩的稳定性。

此外，土拱效应对土体的形状和布置有一定要求，不同条件下的土拱效应可能会有所不同。

219321304_刚性桩复合地基桩间土拱效应研究进展

文章编号：2095-6835（2023）11-0014-03刚性桩复合地基桩间土拱效应研究进展＊龚悦，刘晓红，江思卿，王宇鑫，刘昱辰（湖南理工学院，湖南岳阳414006）摘要：刚性桩复合地基由于其出色的抗沉降性能和承载性能在道路工程中得到了广泛的应用，近年来许多研究人员对其进行了大量的研究。

对刚性桩复合地基桩间土拱效应的理论研究、数值模拟研究和试验研究进展情况进行了归纳总结分析。

基于刚性桩复合地基桩间土拱效应的研究现状，提出了有待进一步研究和解决的问题。

关键词：刚性桩；复合地基；土拱效应；研究进展中图分类号：TU473文献标志码：ADOI ：10.15913/ki.kjycx.2023.11.004随着中国高速公路、高速铁路建设规模的不断扩大，对高路堤下复合地基力学性能要求越来越高，刚性桩复合地基由于其出色的抗沉降性能和承载性能，越来越多地被应用于高速公路及高速铁路建设中。

在刚性桩复合地基设计工作中，桩间距的取值非常重要，而研究桩间土拱效应能为桩间距的取值优化提供依据。

如图1所示，利用桩间土拱将上部荷载传递到刚性桩稳定受荷段，从而充分发挥刚性桩复合地基的力学性能。

由于桩间土拱的形成与破坏，与桩间距、桩间土体类型、上部荷载形式及大小等诸多因素直接相关，而刚性桩复合地基桩间土拱的形成机理研究远落后于工程实践的需要，造成设计时桩间距的取值会过于保守，不能兼顾工程安全与经济2个方面的需求。

图1桩网复合地基荷载传递机理示意图[1]土拱效应是指在刚性桩复合地基中，由于桩与土的相互作用，土体会形成一种拱效应，类似于在桥梁上的拱形结构。

土拱效应能够提高刚性桩复合地基的承载能力和稳定性，因此具有重要的应用价值。

TERZAGHI [2]通过活动门试验证实了土拱效应的存在。

在刚性桩复合地基中，桩体承受的荷载作用要比桩间土承受的荷载作用大得多，这就是土拱效应作用所致。

土拱效应和土拱的形态息息相关，但是，自土拱效应提出以来，对其具体形态的研究不多，直至近20年来才有了较多的研究。

抗滑桩桩间土拱效应的理论分析

抗滑桩桩间土拱效应的理论分析一、土拱效应的研究现状和形成机理土拱效应是由于介质的不均匀位移引起的。

土拱的形成改变了介质中的应力状态，引起应力重新分布，把作用于拱后或拱上的压力传递到拱脚及周围稳定介质中去。

早在1884年，英国科学家Roberts首次发现了“粮仓效应”，粮仓底面所承受的力在粮食堆积高到一定程度后达到最大值并保持不变，这就是通常所说的土拱效应。

1895年，德国工程师Janssen用连续介质模型对其进行了定量解释。

1943年，太沙基（Tarzaghi）通过著名的活动门试验证实了土力学领域土拱效应的存在，并在对土拱的应力分布进行描述的基础上，得出了土拱效应存在的条件。

1985年，Hands首次描绘出拱形为近似于悬链线的主应力流线。

到20世纪末21世纪初，在岩土工程领域，与土拱效应有关的实测数据、试验模型及理论研究越来越多，对以前无人问津的拱体几何参数与力学参数的研究也层出不穷。

研究土拱理论的同时，有人己将研究成果付诸实践，对工程设计进行指导、优化，并取得了良好的效果。

土拱效应从概念的提出到理论发展已经历了100多年的历史，但仍存在一些值得探讨的问题。

早在1943年太沙基（Tarzaghi）通过活动门试验就证明了土拱效应的存在并得出了其存在的条件：（1）土体之间产生不均匀位移或相对位移；（2）作为支撑的拱脚的存在。

作者认为，土拱效应通常表现为：一部分土体产生不均匀位移或变形，而其余部分不动。

此时，由于土体内摩擦角及粘聚力的存在，发生位移的土体与不动土体之间产生摩擦阻力，增加了不动土体上的支撑压力，而减少了移动土体上的支撑压力，达到一种“避轻就重”的效果。

因此，认为拱体形成处的土体剪应力应小于其抗剪强度。

土拱效应也是土体调动自身抗剪强度的体现。

二、土拱拱脚的分类在土拱的研究中，拱脚应是一种承力机构。

无论从土拱的定义还是从结构力学中拱的受力机制都不难看出，拱就是将拱后受力传递至拱脚的结构，因此土拱的拱脚应当是一个相对“稳定”、“坚固”的结构，应足以承受由拱体传递的抑制拱体上方（或后方）土体位移所产生的力，或者说，土拱能否形成并稳定存在，在很大程度上依赖于拱脚。

CFG桩网复合地基论文：CFG桩网复合地基土拱效应薄膜张拉效应沉降计算有限元分析

CFG桩网复合地基论文：CFG桩网复合地基土拱效应薄膜张拉效应沉降计算有限元分析【中文摘要】随着西部大开发的不断推进和国家高速公路网的日益完善,目前西南内陆地区高速公路的建设正如火如荼的进行当中。

不同于沿海及内陆平原地区,在西南山地型地区修筑高速公路有其自身的特点,工程人员面临着复杂的气候、水文、地质等新问题,其中软土地基处理便是其中比较有代表性的工程难题。

本文首先对贵州省高速公路建设中软土地基的处理方法进行广泛的调查和资料的收集,总结出贵州省山区软基特点,重点分析了在建的贵州省遵毕高速公路软土变形特点,并提出CFG桩网复合地基来处理该区域软土路基;然后,针对CFG桩网复合地基的结构形式,具体阐述了桩网复合地基中桩、网、垫层的分类、功能及加固机理,同时研究了荷载传递过程中的土拱效应和薄膜张拉效应;其次,在前人设计的基础上,对CFG桩网复合地基的加筋垫层计算、复合地基承载力计算、沉降计算进行了总结、分析和修正,并提出了两个修正公式。

最后,根据高速公路的特点,以沉降量为控制核心的设计思路,按照修正公式为标准的设计方法来确定CFG的各项参数,从而满足设计要求,并依托遵毕高速十八标合同段软土地基作为工程实例进行设计计算和有限元分析。

CFG桩网复合地基具有沉降变形、工后沉降较易控制,工程造价低等特点,同时设计人员可以灵活调整桩的各项参数来满足地基承载力和沉降变形,运用前景广阔。

目前,CFG桩网复合地基的设计理论远远落后于工程实践,因此,加强设计方法的研究更加有利于CFG桩网复合地基的设计、施工及检测,在西南内陆高速公路软基处理中具有更大的发展空间。

【英文摘要】With the continuous advance of western development and the increasing growing of state highway network,the current construction of the highway in the southwest area is in full swing in progress. Unlike the coastal and inland plains, highway construction has its own characteristics in the southwestern mountainousarea,engineers are faced with more complex climate, hydrology, geology and other new issues, soft treatment is one of which more representative of the engineering problems.Firstly, based on the construction of the Guizhou Expressway treatment of soft soil foundation for extensive research and data collection, the features of soft soil foundation is summarized, the soft deformation characteristics on ZUN-BI Highway in Guizhou Province is analyzed under the construction, and CFG pile-net composite foundation to deal with the region of soft soil foundation is proposed; Secondly, for the CFG pile net composite foundation structure, classification, function and strengthening mechanism of pile, net, cushion in the pile net composite foundation is specifically addressed, then the load transfer in the process of soil arching and tensioned membraneeffect is focuses on. Thirdly, based on the previous design, the CFG pile composite foundation reinforced cushion calculation,composite foundation bearing capacity, settlement calculation are summarized, analyzed and modified, then two amendments to the formula is proposed. Finally, according to the characteristics of highway, in order to control settlement as the core of the design ideas and in accordance with the revised design as the standard formula to determine the parameters of CFG to meet the design specifications, then relying on soft foundation in ZUN-BI Highway Eighth Contract Section computing as an engineering design examples and finite element analysis.CFG pile net composite foundation has the characteristics of Settlement Deformation, post settlement easier to control, low construction cost, While designers can flexibly adjust the parameters to meet the pile bearing capacity and settlement. Currently, CFG pile net composite foundation of design theory is far behind the engineering practice. Therefore, strengthening the research design are more conducive to CFG pile net composite foundation design, construction and testing. it has greater space for development in the southwest inland highway of soft ground.【关键词】CFG桩网复合地基土拱效应薄膜张拉效应沉降计算有限元分析【采买全文】1.3.9.9.38.8.4.8 1.3.8.1.13.7.2.1同时提供论文写作定制和论文发表服务.保过包发.【说明】本文仅为中国学术文献总库合作提供，无涉版权。

排桩支护结构中的土拱效应及其有限元模拟分析的开题报告

排桩支护结构中的土拱效应及其有限元模拟分析的开题报告摘要：排桩支护结构是在施工过程中采用的一种有效的边坡支护措施，也是大多数土木工程项目中不可或缺的组成部分。

本文主要研究排桩支护结构中的土拱效应及其有限元模拟分析，通过分析不同土拱形成机理，探讨了影响土拱效应的关键因素。

在此基础上，本文提出了一种基于有限元方法的土拱效应数值模拟方法，并通过实例进行了验证。

关键词：排桩支护结构；土拱效应；有限元模拟；数值模拟.1 引言排桩支护结构是在复杂地质条件下边坡支护中广泛采用的一种有效的支护措施。

在排桩支护结构中，土质被桩列和斜桩围堵，形成一个封闭空间，土体在桩列和斜桩的作用下形成土拱效应，可有效地控制和减小边坡的变形和破坏。

因此，对于排桩支护结构中的土拱效应进行研究和分析具有重要的理论和实际意义。

2 影响土拱效应的因素土拱效应的产生是由于封闭空间内土体受桩列和斜桩的作用而发展形成的。

在此过程中，有一些因素会影响土拱效应的产生，主要包括以下几个方面：（1）土体的物理力学性质这是土拱效应产生的基础。

不同种类的土壤所具有的物理力学性质是不同的，因此在排桩支护结构中，需要根据实际情况选择合适的土壤种类和桩型号，以保证其具有足够的强度和稳定性。

（2）桩列和斜桩的位置和长度桩列和斜桩的位置和长度是影响土拱效应产生的重要因素，不同的桩列和斜桩位置会对土体存在不同的限制作用，从而影响土拱效应的水平分布和形态。

（3）桩间距桩间距是桩列在排桩支护结构中的关键参数之一，直接影响到土拱效应的产生和发展。

过大的桩间距会导致土拱效应的空间范围减小，从而影响了整个排桩支护结构的稳定性和可靠性。

（4）土体的初始应力状态土体在施工过程中会受到各种应力的作用，其中初始应力状态是土拱效应产生的关键因素之一。

因此，在排桩支护结构的施工过程中，需要对土体的初始应力状态进行合理的控制和调整，以保证土拱效应的产生和发展。

3 有限元模拟方法分析有限元分析是一种常用的土拱效应数值模拟方法，可以有效地模拟和分析排桩支护结构中的土拱效应。

列车动荷载作用下桩网结构路基土拱效应分析

列车动荷载作用下桩网结构路基土拱效应分析在桩网结构路基设计中，桩、土荷载分担比直接影响路基的沉降计算结果。

在目前设计中采用的土拱理论主要是基于静力学的研究成果，主要有太沙基(Terzahgi)[1]和Low等[2]建立的平面土拱效应计算模型，Hewlett等[3]提出的半球形理论假设，Rogbeck等[4]提出的楔形土拱理论和英国、德国、北欧及日本规范[5-7]等。

这些理论在计算桩、土荷载分担比时主要考虑上部结构荷载和交通静荷载作用。

对土拱效应的数值分析也主要基于静力条件。

Jones等[8]利用二维有限元模型研究桩网结构路基中的土拱效应，结果表明路基高度和桩间距影响桩间土所承担的路基荷载;杨涛等[9]通过平面应变条件下的有限元模型研究了桩承式路基中的土拱效应；Yan等[10]利用FLAC建立了桩网结构路基的平面应变模型，分析了桩的弹性模量、桩净间距、地基土弹性模量以及加筋材料的抗拉刚度对土拱效应的影响；韩高孝等[11]采用颗粒流软件PFC 2D模拟了太沙基活动门试验，从散粒体和细观角度研究了摩擦型岩土材料中的土拱效应。

而动荷载条件下的土拱效应数值分析较少，现有研究也主要针对桩网结构路基中动应力的分布特点。

在试验方面，蔡德钩等[12]基于相似理论，开展模型试验研究了桩网结构路基中的土拱效应；费康等[13]通过三维模型试验对桩承式路堤中土拱效应发挥过程进行了研究；韩高孝等[14]通过三维模型试验研究了列车动荷载作用对土拱效应的影响。

从相关文献来看，动荷载作用下土拱效应的室内试验研究要比静力作用下土拱效应的室内试验研究少很多。

实际上，在高速铁路运营期间，桩网结构路基土拱效应可能会受到列车动荷载的影响。

本文针对此问题，通过数值分析研究列车动荷载对桩网结构路基土拱效应的影响，以期为解决同类型问题提供依据。

1 有限元分析模型1.1 计算模型及参数文献[15]曾对京沪高速铁路徐沪段一断面(如图1)路基进行过三维动力响应分析，计算结果与实测结果基本一致，故本文的计算参数参照该文献选取。

桩网复合地基桩顶土拱形态分析

２Ｂｉｎ — ｈｎｈｉｇｐｅａｌｙＣ．ｄ，Ｂｉｎ００８Ｃｈｎ）．ｅｉｇＳａｇａＨｉｈＳｅｄＲｉｊｗａｏＬｔ．ｅｉｇ１０３，ｉａｊ
ＡｂｔａｔＴｈｅｓｉｒｈｉｈｅｆｌｎｔｅｃｓｒｃ：ｏｌａｃｎｔｉｌｏｈｏｍｐｏｉｅｐｉｅｎｔｆｎｄｔｏａｓａｍｐｏｔｎｔｒｅｉｉｅｓｉｓｒｓｓｔｌ — ｅｏｕａｉｎｓｐｌｙｎｉｒａｏｌｎｐｌ — ｏｌｔｅｓ
Ｃｏｐｓｔｌ。ｅｕｄｔｏｓｍｏｉｅＰｉｅ。ｔＦｏｎａｉｎｎ
ＬＩＪｎｆｉ。ＺＨＡＯｏｔｎ。ＭＡｉｎｌＵｕ —ｅＧｕ —ａｇＪａ —ｉｎ
（．ｈｏｆＣｉｉＥｎｉｅｒｎｇ，ＳｕｈｗｅｔＪａｔｎｎｖｒｉｙＣｈｎｄｕ６１０１，ｉａ１ＳｃｏｌｏｖｌｇｎｅｉｏｔｓｉｏｏｇＵｉｅｓｔ，ｅｇ０３Ｃｈｎ
擦角越大，拱高度越大，常路基中成拱高度约为一倍桩间净距最大值。提出桩顶压力或桩间土压力计算的成通球孔扩张模型和抛物线拱模型计算方法。对比显示，些计算方法所得的桩顶压力或桩间土压力更符合现场实这
ａｊｓｉｇａｄｓｔｌｍｅｔｃｎｒ１Ｏｎｔｅｂｓｓｏｏａｉｏｔｈｘｓｉｇｃｌｕａｉｎｍｅｈｄｏｏｌｒ— ｄｔｎｎｅｔｅｎｏｔｏ．ｈａｉｆｃｍｐｒｓｎｗｉｈｔｅｅｉｔｎａｃｌｔｏｔｏｓｆｒｓｉａｃｕ

土拱效应原理

土拱效应原理说起土拱效应，朋友们可能会有些陌生，但其实它就是我们日常生活中常见的现象。

简单来说，土拱效应就是指当土方堆积成拱形时，由于土壤的自重、内部摩擦力和外部约束作用，能够形成一种稳定的结构。

听起来是不是很高大上？其实，咱们不妨就从小事说起，来揭秘一下土拱效应的原理。

假如你家附近有个草坪，在清晨出门散步的时候，经常会看到一些小朋友在草坪上堆沙堡。

这时候，或许会有一些淘气的小朋友开始堆土拱，搞得整个堡垒看起来像个小土楼。

这时，你可以发现，土拱的顶部并没有明显的支撑，但却稳稳地悬在上面，仿佛被魔法支撑着一样。

这就是土拱效应的魅力所在啦！其实，土拱能够稳定存在的原因主要是因为土壤颗粒之间的内摩擦力和外部约束力的共同作用。

当土方处于压力状态时，它会受到来自周围土壤的支撑力，从而形成一个稳定的结构。

而土方内部的颗粒由于受到周围颗粒的挤压，会产生一种向外的压力，这种压力又会使土方形成一个向内的支撑力，形成了一个闭合的框架结构。

不过，虽然土拱看起来稳如泰山，但它也有自己的“软肋”。

因为土壤的稳定性和承载力受到很多因素的影响，比如土壤的种类、密实度、水分含量等等。

所以，如果在堆土拱的时候，土方的内部受到过大的外力作用，就有可能导致土拱倒塌，小朋友们辛苦堆的“土楼”也就不保了。

总的来说，土拱效应虽然看似神奇，但其原理其实并不复杂。

就像小朋友堆沙堡一样，需要耐心和小心堆砌，才能让那个小土楼稳稳地立在那里。

对于土拱效应来说，理解了它的原理，我们在工程建设中也能更好地运用这种稳定结构的特性，造福于人类的发展。

所以，让我们从堆沙堡的童年记忆出发，重新认识土拱效应，发现生活中的点点滴滴都蕴含着科学的奥秘，而这些奥秘也许就在我们每天身边。

愿我们在探索自然规律的路途中，能够更加热爱这个世界，更加珍惜这来之不易的土拱之美。

土拱效应、应力扩散效应、应力集中效应和桩承式路堤

土拱效应、应力扩散效应、应力集中效应和桩承式路堤华国强【摘要】质疑土拱效应中存在土拱,因“无法探测土拱”,使得土拱的形态、形成和应力转移的各种推测均无法验证,土拱效应的计算方法繁多而不能统一,“土拱”的假设制约了土拱效应理论的发展.分析了颗粒结构应力传递的特点,提出应力扩散效应是土体中应力分布基本特性的全新观点.根据应力在扩散范围内具有向强支承面自动集中获得平衡的规律,提出土体中还存在应力集中效应.当土体中应力集中现象发生重迭时,就会产生土拱效应.桩承式路堤中填土超过等沉面高度h0后,桩顶的应力集中效应覆盖整个路堤面,路堤即出现土拱效应典型的应力分布现象.土拱效应是土体抗剪强度通过应力扩散实现的应力转移现象,土拱效应中不存在土拱,土的应力集中效应和土拱效应都是土的应力扩散效应的衍生效应.提出计算桩承式路堤中等沉面高度h0的通用公式.等沉面高度h0不仅与桩净距有关,更与填土的性质有关.【期刊名称】《城市道桥与防洪》【年(卷),期】2017(000)005【总页数】6页(P263-268)【关键词】土拱效应;应力扩散效应;应力集中效应;颗粒接触;应力分布;扩散角;桩承式路堤;等沉面【作者】华国强【作者单位】上海市建设工程管理有限公司,上海市200031【正文语种】中文【中图分类】TU43土拱效应理论研究已有 100 多年，在隧道开挖、边坡加固、基坑围护、网格机头顶进和复合地基等工程中早有应用，在桩承式路堤中的应用也愈来愈多。

但土拱效应的计算方法至今没有统一，国内还没有相应的设计规范，土拱效应理论明显落后于工程应用。

土拱效应是通过土体抗剪强度的发挥实现的应力转移现象。

英国学者 Roberts 于1884 年首次发现“粮仓效应”。

Engesser最早提出假设，在颗粒材料中存在类似拱桥的抛物线型结构拱。

1943 年Terzaghi K 著名的“活动门试验”证实了土拱效应的存在[1]，分析了土拱的形成和应力的重新分布，提出了土拱效应存在的两个条件：（1）土体间产生不均匀位移或相对位移；（2）作为支撑拱脚的存在。

基于土拱效应的基坑桩间土压力及拱效应存在形式分析

度的发挥来实现的。
④
在一定桩间距条件下，水平运动的土体在桩间相互挤压而不滑出或沿桩绕流。由于挤压作用，土
体介质产生不均匀位移，桩间形成了拱现象。最在
早，ｅｚｇｉ过活门拱试验，实了土力学领域土Ｔｒｈ通ａ证
以限制桩间土体的滑出。同时将桩后坡体压力传递
到两侧桩上，时相邻的两桩起到了拱脚的作用。此桩间土拱效应如图１示。所
拱的形成改变了介质中的应力状态，引起应力重新分布，作用于拱后或拱上的压力传递到拱脚及周把围稳定介质中去。换句话说，土拱是用来描述应力转移的一种现象，种应力转移是通过土体抗剪强这
［收稿日期］２０００６— ６—０５
下，土体才可能调动其自身强度以抵抗外力（应剪力）。岩土工程中，土拱效应通常表现为：部分土一体产生不均匀位移或变形，而其余部分不动。此时，由于土体内摩擦角及粘聚力的存在，生位移的土发体与不动土体之间产生摩擦阻力，加了不动土体增
拱效应的存在。后来，内外许多学者借助数值模国
拟和理论研究对Ｔｒｇｉｅｚｈ的试验结果进行了深入研ａ
④
图１桩间拱效应
究，出了土拱效应的定义：给应力从土体的屈服部分迁移到临近未屈服部分或约束边界产生的现象。到

基于Hewelett土拱理论桩网复合地基桩土荷载比计算分析

基于Hewelett土拱理论的桩网复合地基桩土荷载比计算分析必将在桩之间的加筋网垫上部的土体形成土拱。

土拱效应使作用在加筋垫层上的平均应力小于作用在桩帽上的平均应力，出现应力集中和重分配。

因此，土拱效应是研究桩网复合地基承载机理非常重要一方面。

2. 土拱效应和土拱模型土拱效应的实质就是由于桩土刚度差异而导致的荷载转移应力重分布现象。

terzaghi基于著名的trapdoor试验，建立了平面土拱效应计算模型。

目前国内外土拱效应模型除了tezaghi土拱模型，主要有marston管路土拱模型、carlsson楔形土拱模型以及hewlett&randolph半球形土拱模型。

其中hewlett&randolph半球形土拱模型运用最为普遍。

hewlett和randolph 用室内模型试验验证了土拱的存在，并基于弹塑性理论和极限状态分析了三维土拱效应，他们将路堤中的土拱理想化为半球壳形，认为球形土拱拱顶或者平面土拱拱脚的土单元体会达到极限状态，得出了桩所承担的荷载比，并采用两者较小的桩荷载分担比。

w.j.hewlett和m.f.randolph先将土拱当成平面问题研究，如图3所示，土拱产生在相邻两桩帽顶部，为一半圆环，其外拱半径，内拱半径，为桩帽宽度，外拱压应力，内拱压应力，拱内径向应力，切向应力，拱底竖向应力。

3. 工程实例计算分析对一工程实例采用hewlett土拱理论，对桩土荷载比进行计算。

桩帽尺寸1.6m，填土厚度2.5m时，桩间距由2.5增加到3.0m时，桩的荷载分担比为由0.806降低0.638，减小20.8%；填土厚度为3.0m时，桩间距由2.5增加到3.0m，桩的荷载分担比由0.838降低至0.694，减小17.18%。

桩帽尺寸1.8m，填土厚度2.5m，桩间距由2.5增加3.0m时，桩的荷载分担比由0.806降低至0.638，减小幅度为17.67%；填土厚度为3.0m时，桩的荷载分担比由0.838降低至0.694。

桩网结构路基土拱效应离散元研究

下路基中的土拱为三角形和四棱锥性，拱脚处土拱边界线或面与桩帽平面呈４５。角，桩间土承担土拱下部路基填土的质量。与其它的方法不一样，英国ＢＳ８００６规范首先计算作用在桩帽上的平均应力而不是桩间土的应力，并认为路基填土的性质对桩帽的平均应力没有影响，这与实际不符，这种方法只适用于拥
种散体介质。基于以上原因，现利用离散元计算软件ＰＦＣ３Ｄ从散粒体和微观角度桩网结构中的土拱效应
开展研究，以期对土拱效应的机理和本质有更深入的理解。
ＤＯＩ：１０．１３３１９／ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｊｚｔｄｄｘｘｂｚｒｂ．２０１４．４．０４０收稿日期：２０１３— ４ — ００２
、
分散角计算拱的形成范围，并根据分散角、桩问净距和填土高度，计算在形成完整拱和非完整拱条件下的桩土荷载分担。Ｎａｕｇｈｔｏｎ认为路基中屈服土体的边界为从桩帽边界延伸出的一条对数螺旋线，从而可计算出土拱临界高度，并认为作用于桩间土上的压力为屈服部分土体的质量。针对路基中采用两层或两层以上的加筋材料的情况，Ｊｅｎｎｅｒｅｔａｌｌ８提出了一种土拱计算模型，该模型认为在平面状态和三维状态
距处。土体中竖向应力的影响范围与密实度的影响范围相同，土拱高度为该影响范围的上限，在该范围内土压力系数随土拱效应发展而变化，但两者变化并不一致，且土压力系数在桩顶上

桩网支承路基结构中土拱效应及网垫受力的模型试验研究

第３第１期３卷１
２０１１年１１月
铁
道
学
报
Ｖｏ．３Ｎｏ１１３．１
Ｎｏｖｍｂｅ２ｅｒ０１１
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＴＨＥＣＨＩＮＡＲＡＩＬＷＡＹＯＣＩＳＥＴＹ
文章编号：１０ — ３０２１）１０８ — ８０１８６（０１１ —０５０
２００）１００３．东南大学土木工程学院，苏南京江
摘要：于相似理论，桩网支承路基中心土拱效应进行８模拟试验。测试桩顶轴力、土及路基不同高度基对组桩
处应力、栅拉力和桩问土沉降随路基高度、荷载变化特性，讨格栅受力后变形。结果表明：筋网垫上方竖格外探加向应力与以球形拱理论为基础的德国规范计算结果较为接近；筋网垫下方桩间土承担竖向应力随路基高度、加上覆荷载增加而增加；性土路基成拱效率略低于砂土路基；于两层格栅组成的加筋网垫，层格栅承担土拱效黏对下应竖向应力引起拉力大于上层格栅，于桩帽之间并垂直于桩帽边格栅拉力大于平行于桩帽边格栅拉力；栅初位格始松紧状态对土拱成拱效率有一定影响；栅受力后平面变形形状近似呈悬索状。研究成果可为我国桩网支承格路基结构加筋网垫相关规范提供参考。

桩承式路堤中土拱效应分析的开题报告

桩承式路堤中土拱效应分析的开题报告一、选题背景随着交通基础设施的发展，高速公路、铁路等交通路堤不断建设。

在特殊地质、地形条件下，为了确保路堤的稳定和长期使用，桩承式路堤作为一种新型的路堤设计方案已被广泛采用。

其基本工作原理是通过加高路堤，利用土拱效应的形式来增加路基承载能力，附加深层基础的能力，同时引入桩承，提高整体路堤的稳定性和抗振性能。

然而，桩承式路堤的稳定性是一个较为复杂的问题，需要综合考虑多种因素。

特别是在设计和施工过程中，如果不合理构造和施工，很容易导致路堤的不稳定和坍塌。

本课题旨在探讨桩承式路堤中土拱效应的分析，以期针对该问题提供有效的解决方案和技术支持。

二、选题意义桩承式路堤作为一种新型的路堤设计方案，在民生和经济领域中具有重要意义。

它具有以下几个特点：（1）较高的经济效益。

与传统的路堤相比，桩承式路堤可以减少路基土厚度，节约土方费用。

此外，由于采用桩承的形式，进一步降低桥梁的依赖程度，对于工程建设、维护和管理成本都具有重要作用。

（2）较好的抗震能力。

采用桩承式路堤可以增加路基的抗震性能，有效地降低了路堤的受震反应，提高了路堤的稳定性和安全性。

（3）灵活的施工程序。

随着施工技术的不断完善，桩承式路堤逐渐变得灵活多样，适应性更强。

施工过程也愈加精细，可以有效控制质量和成本，减少安全事故风险。

但是，桩承式路堤中的土拱效应分析是一个十分复杂的问题，因此对于其探索和研究具有重要的理论和实践意义。

三、研究内容本课题旨在探究桩承式路堤中土拱效应的分析及其应用。

具体包括以下几个内容：（1）桩承式路堤的基本原理和构造形式。

通过多种文献资料与现场调研，全面了解桩承式路堤的设计和施工过程，为后续研究建立基础。

（2）桩承式路堤中土拱效应的理论分析。

探究土拱效应产生的原因，运用弹性力学、地基力学等相关理论模型，分析土拱效应产生的机理与特征。

（3）数值模拟和实验研究。

采用ANSYS等数值模拟软件，对桩承式路堤中的土拱效应进行仿真分析，形成桩桥联合计算的数字化平台。

土拱对复合桩支护基坑性能的影响研究

水平土拱效应，改变土壤颗粒的摩擦系移的影响。图 5 为摩擦系数为 0.5、
小时，土颗粒的最大位移也随之减小。
0.8 和 1.0 时上部单元的应力分布比与
同一截面内，两桩中间的土体竖向位移
位移的关系。上部单元最大移动 100
设定三种桩位置情况，即钢管桩与混凝
侧向土压力推动，使土颗粒水平移动，形
土壤颗粒为中粗砂，由多层压实法，土壤
颗粒总数为 18385 个。粉质粘土的接触
模型为线性模型。
3
桩对土拱效应的影响
3.1不同桩直径对土拱效应的影响
为了更直观地分析桩直径对某建筑
地库基坑土体产生应力拱的影响，采用
拱[5]。 I 2 表示剪应力状态。Mises 等效
行了广泛的研究，李世忠等[1] 通过数值
模拟，研究了柔性挡土墙对邻近深基坑
的影响。研究发现，当土拱效应发生时，
侧向土压力将被重新分配。王刚等[2] 人
采用有限元数值模拟方法，研究列车荷
载作用下路堤土拱效应。结果表明，桩
身模量和摩擦角对土拱效应有显著影
响。赵杰等[3] 提出了一种基于极限平衡
理论方法计算端承土拱和摩擦土拱的合
（a）d=D
应力分布比随摩擦系数的增加而减小。
当摩擦系数增加时，载荷传递效率将提
高
[8-9]
。
（d）d=0.25D
图4
土颗粒位移云图
147
(07):826-831.
过本研究可以得出以下结论。
①当混凝土桩与钢管桩桩顶对齐
[4]
锚与桩墙水平联合支护数值模拟[J]. 工
时，应力拱为半椭圆形，相邻桩之间应力
拱呈抛物线形。当钢管桩的位置向基坑

土拱效应原理研究与应用

土拱效应原理研究与应用土拱效应是土体在受力作用下形成的一种特殊力学现象。

研究土拱效应的原理对于土工工程的设计与施工具有重要意义。

本文将介绍土拱效应的原理以及其在工程中的应用。

土拱效应是指在土体中，当受力作用下，土体的内部会形成一个弧形的拱形结构。

这种结构具有良好的承载能力和稳定性。

土拱效应的形成主要是由于土体的摩擦力和内聚力的相互作用。

当土体中存在一定的内聚力时，受力作用下，土体会产生一种自我支撑的效应，形成一个稳定的拱形结构。

土拱效应在工程中有广泛的应用。

首先，在隧道工程中，土拱效应可以提供隧道的稳定性。

当掘进隧道时，土体会受到外界的应力，如果没有合理的支护措施，土体会发生坍塌。

而通过合理的设计和施工，可以利用土拱效应来提供隧道的稳定性，降低工程风险。

其次，在地下室的建设中也可以利用土拱效应。

地下室是一种重要的地下空间利用方式，为了保证地下室的稳定性，需要采取适当的支护措施。

通过合理的设计和施工，可以利用土拱效应来提供地下室的支撑力，从而保证地下室的安全性和稳定性。

此外，土拱效应还可以应用于坝体的稳定性分析与设计中。

坝体是一种重要的水利工程结构，其稳定性对于保证工程的安全性至关重要。

通过研究土拱效应的原理，可以设计出合理的坝体结构，提高坝体的稳定性和抗震能力。

综上所述，土拱效应原理的研究与应用对于土工工程的设计与施工具有重要意义。

通过合理的设计和施工，可以利用土拱效应来提高工程的稳定性和安全性，降低工程风险。

未来，我们还需要进一步深入研究土拱效应的机理，不断提高其应用的效果，为土工工程的发展做出更大的贡献。

桩网复合地基工作性状有限元法分析

摘要针对桩网复合地基工作性状与荷载传递机理进行了数值分析研究。计算结暴表明：网桩
复合地基通过拉膜效应、应力集中与土拱效应，将软基承担的部分荷载转移至桩承担，而有效减小软从基表面的总沉降与不均匀沉降，到加固软土地基的实际工程效果。此外，达针对影响复合地基工作性状
收稿日期：０７—０２０４—１３
１数值建模
１１几何模型．为了研究桩网复合地基工作性状，取复合地基选
第一作者简介：胡小军（９８）男，９１６一，１９年毕业于西南交通大学水文９地质与工程地质专业，工程师。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
典型计算单元（两桩与桩间土体）进行数值分析；复合地基桩的平面布置情况以及单桩影响范围如图１相，
层渗透系数的倍数进行确定，但其绝对的渗透性还是很
可见采用透水性好的渗水土做填料，以减小路可
堤本体的工后沉降，防止由于透水性不好而导致的路
的填土高度、格栅拉伸刚度与桩模量三因素进行了相应分析，获得了与加固技术相关的有益结论。
关键词
复合地基
沉降
土拱效应拉膜效应
应力集中有限元分析
桩网复合地基是当前较新的地基处理形式。在桩网复合地基中，、、网桩土三者协同作用，成网土加筋形结构和桩土复合地基两部分，共同承担外部荷载。并该地基处理方法具有以下优点Ｊ（）短上部结构：１缩

桩体复合地基桩、土相互作用的解析法

ｓｌｔｏｓａｅｑｉｃｕａｅＴｈｓｍｅｈｄｇｅｔｎａｃｓｔｅｓｅｄｏａｃｌｔｎｏｕｉｎｒｕｔａｃｒｔ．ｉｅｔｏａｌｅｈｒｙｎｅｈｐｅｆｃｌｕａｉ．Ｔｈａａｔｒｓｄｉｈｓｍｅｈｄａｅａｌｏｅｐｒｍｅｅｓｕｅｎｔｉｔｏｒｌｒｕｉｅｓｉｐｒｍｅｅｓａｄａｅｅｉｂａｎｄｔｒｕｈｓｉｔｓ．ｓ，ｈｔｅｓｄｐｎｅｃｆｏｈｔｅｓｉｐｌｉｔｆｉｔｎａｄｔｅｏｔｎｏｌａａｔｒｎｒａｌｏｔｉｅｏｇｌｅｔＡｌｏｔｅｓｒｓｅｅｄｎｙｏｂｔｈｏｌｉｌｓｙｈｏ－ｅｍｉｒｃｉｎｏｈｃｍｐｅｓｎｍｏｕｕｓｔｋｎｉｔｃｏｎｎｔｅｐｏｏｅｔｏ．ｉｍｅｈｄｉｐｃｉａｄａｐｌａｌｏｃｌｕａｅｐｌ－ｏｌｏｒｓｉｄｌｓｉａｅｎｏａｃｕｔｉｈｒｐｓｄｍｅｈｄＴｈｓｏｔｏｓｒｔｃｌａｎａｐｉｂｅｔａｃｌｔｉｓｉｃｅｓｒｓａｉｎｅｌｍｅｔｆｏｏｉｏｎｓｗｉｉｓｔｓｒｔａｄｓｔｅｎｃｍｐｓｔｇｕｄｔｐｌ．ｅｏｏｅｒｈｅ
解答的可行性。能够对桩土分担比以及沉降的计算提供帮助，是一种简便实用的方法。关键词：桩体复合地基；解析法；承载力；沉降；文献标识码：Ａ中图分类号：Ｔ７．Ｕ４３１

桩-网复合地基中土拱效应分析

桩-网复合地基中土拱效应分析摘要：以我国某沿海铁路软土地基处理工程为依托，用模型试验的方法研究了桩-网复合地基的桩土相互作用规律。

通过桩土应力比、桩土荷载分担比随荷载的变化规律，验证了土拱效应的存在及其随荷载的变化规律，为软土地基中桩网复合地基的优化设计提供了参考依据。

关键词：桩-网复合地基桩土应力比桩土荷载分担比土拱效应Study of soil arching effect of geogrid-reinforced and pile-supported embankmentWANG LONG1，LONG Xiu-jun2( 1. China Railway Engineering Consultants Group Co.,Ltd., Jinan 250022, China2.China Railway SIYUAN Survey and Design Group Co.,Ltd., Wuhan 430063, China)Abstract: In this dissertation, based on soft soil foundation treatment of a coastal railway，Interaction characteristics between pile and soil on geogrid-reinforced and pile-supported embankment were studied. According to the the change law of pile-soil stress ratio and and pile-soil load share，soil arching effect and its change law with the load above were verified, which provide theoretical reference for optimization engineering design on soft soil foundation.Key words: geogrid-reinforced and pile-supported embankment; pile-soil stress ratio; pile-soil load share; soil arching effect前言我国幅员辽阔，软土分布范围广大，特别是在沿海地区，软土大面积发育。