基础工程中的土拱问题

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基础工程施工技术交底

基础工程施工技术交底

基础工程施工技术交底一、土方工程施工前应验槽,先将浮土清除,基槽(坑)的边坡必须稳定,槽底和两侧如有孔洞、沟、井应加以填实。

1、土方开挖时应防止附近已有建筑物或构筑物、道路、管线等发生下沉和变形,必要时应与设计单位或建设单位协商采取防护措施,并在施工中进行沉降和位移观测.2、土方工程施工中,应经常测量和校核其平向位置、水平标高和边坡坡度等是否符合设计要求,平面挖制桩和水准点,也应定期复测和检查是否正确.3、采用集水坑降水时,应符合下列规定:(1)根据现场土质条件,应能保持开挖边坡的稳定.(2)基坑、排水沟底应经常保持一定的深差。

(3)集水坑应与基础底边有一定的距离,防止地基土结构遭受破坏。

4、填方土料应符合设计要求,并符合下列要求:(1)含水量符合压实要求粘性土,可用作各曾填料.(2)碎块草皮和有机含量大于8%的土,仅用于无压实要求的填方。

(3)淤泥土质一般不能用作填料。

(4)坑穴应清除积水和杂物等,并分层回填夯实。

(5)填土前,应对填方基地底和已完成隐蔽工程进行检查和中间验收。

二、桩承台基础施工1、工艺流程:①钢筋绑扎工艺流程:核对钢筋半成品→钢筋绑扎→预埋管线及铁活→绑好砂浆垫块②模板安装工艺流程确定组装模板方案→组装模板→模板预检③混凝土浇筑工艺流程搅拌混凝土→浇筑→振捣→养护2、钢筋绑扎:①核对钢筋半成品:应先按设计图纸核对加工的半成品钢筋,对其规格、形状、型号、品种经过检验,然后挂牌堆放好。

②钢筋绑扎:钢筋应按顺序绑扎,一般情况下,先长轴后段轴,由一端向另一端依次进行.操作时按图纸要求划线、铺铁、穿箍、绑扎,最后成型。

③预埋管线及铁活:预留孔洞位置应正确,桩伸入承台梁的钢筋、承台梁上的柱子、板墙插铁,均应按图纸绑好,扎结牢固(应采用十字扣)或焊牢,其标高、位置、搭接锚固长度等尺寸应准确,不得遗漏或位移。

④受力钢筋搭接接头位置应正确。

其接头相互错开,上铁在跨中,下铁应尽量在支座处,不得跳扣。

考虑土拱效应挡土墙绕墙底转动的主动土压力_张永兴

考虑土拱效应挡土墙绕墙底转动的主动土压力_张永兴

第32卷第3期土木建筑与环境工程Vo l.32No.32010年06月Jo urnal o f Civ il,Architectural &Env ir onm ental Engineering Jun.2010考虑土拱效应挡土墙绕墙底转动的主动土压力张永兴,陈 林(重庆大学土木工程学院,重庆400045)摘 要:采用库仑土压力理论的假设,通过研究刚性挡墙绕墙底转动极限状态土体内主应力拱形状,计算了土层平均竖向应力和剪应力,得到了对应于不同内摩擦角和墙土摩擦角的侧土压力系数和水平摩擦系数的理论公式。

将其用于水平微分单元法求解挡墙绕墙底转动时的主动土压力,得到了挡土墙主动土压力强度、土压力合力和合力作用点的理论公式,分析了填土内摩擦角和墙土摩擦角对土侧压力系数、水平摩擦系数、土压力强度、土压力合力、土压力合力作用点的影响,并与模型试验数据进行了比较。

关键词:土压力;剪应力;土拱;绕墙底转动中图分类号:T U457 文献标志码:A 文章编号:1674 4764(2010)03 0046 07Active Earth Pressure with Wall Rotation Movement aboutBase Considering Soil ArchingZHANG Yong xing ,CH EN Lin(College o f Civil Engineering ,Chongqing U niv ersity ,Chongqing 400045,China)Abstract:Based on coulomb !s theo ry and the study o n the shape of the pr incipal stress arching in limiting state so il behind the rig id retaining w all w ith the ro tation about base,the horizo ntally earth pressur e factor and the ho rizontal fr iction coefficients w ere calculated fo r different friction angle of so il and friction ang le betw een w all sur face and soil to study the vertical stress and shear stress.And the theoretical formulas w ere obtained for the active earth pressures,the resultant earth pressur es and the po ints of application of resultant earth pressures.The effects o f the internal frictional angle of backfill and the frictio nal ang le betw een the w all back and the backfill on several parameters were investig ated,w hich included the later al coefficient of ear th pressure,the horizontal friction coefficients,the unit ear th pressure,the resultant force of ear th pressure,the application point of the resultant force and the overturning stability o f a retaining w all.And the for mula pr opo sed was compared w ith some ex perimental observations.And it is found that the r esults are in g ood agreement.Key words:earth pressure;shear stress;soil arching ;movement mo de of r otation about base 挡土墙是一种常见的支挡结构,墙背土压力的取值问题一直备受工程技术人员的关注。

基坑工程中土拱效应分析

基坑工程中土拱效应分析
护结构时 ,还可能存在一种拱 ,如图 3 所示 ,土钉
剥落较大 , 即在相邻两桩之间的不同位置有 不同的 位移 。 在设桩处位移较小 , 在两桩 中间位移较大 。 在 这种情况下就会引起桩 间土体与桩后土体抗剪能力 的发挥而 在土体 中形成 “ 紧”作用 , 楔 也就是土拱
效应 ,以限制桩 间土体的滑 出。同时将桩后坡体 压
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 , 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 , 这种应 力转移是通过土体抗 剪强
度的发挥来实现的 。
成处的土体剪应力应小于其抗 剪强度。 土拱效应也 正 是土体调动 自身抗剪强度的体现 。 同时在基坑开挖支护中 , 土拱的存在状态是三 维的, 即三维拱效应 。目前的诸多关于拱的分析和
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 10 0 多年的历 史 ,但仍存在诸多值得探讨的问题 。
因为 , 只有在土体所受剪应力小于其抗 剪强度的条 件下 , 土体 才可能调动其 自身强度以抵抗外力( 剪应 力) 岩土工程 中, 。 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
早在 18 年 ,英 国科学家 R br 首次发现 了 84 o et s “ 粮仓效应” 粮 仓底面所承受的 力在粮食堆积高到 :

土石方工程试题及答案

土石方工程试题及答案

土石方工程试题及答案土石方工程是土木工程中的重要组成部分,涉及到土地开发、基础设施建设等领域。

为了提高对土石方工程的理解和应用能力,下面将为大家介绍一些相关的试题及答案。

希望通过这些试题能够帮助大家巩固对土石方工程的知识,并提高解决实际问题的能力。

一、选择题1. 土拱与石拱相比,下列哪项说法是正确的?A) 土拱的承载力较大B) 石拱的变形较小C) 土拱的耐久性较强D) 石拱的施工难度较小答案:B) 石拱的变形较小2. 在土石方工程中,下列哪种土壤具有较好的稳定性?A) 黏土B) 砂质土C) 粉质土D) 淤泥答案:A) 黏土3. 土石方工程中常用的挖土机械是:A) 推土机B) 挖掘机C) 铲运机D) 装载机答案:B) 挖掘机二、填空题1. 土石方工程中,土方开挖的常用工具是______。

答案:铲子2. 固结前的土壤具有较高的______。

答案:水分含量3. 开挖土石方时,为了保证稳定,需要进行______处理。

答案:支护三、简答题1. 土石方工程中的“削坡法”是指什么?答案:削坡法是通过对边坡进行提土和夯实操作,达到边坡控制工程地形和土质组成的方法。

这种方法常用于山地路堤的建设,有效防止边坡滑坡和塌方等问题。

2. 在土石方工程中,怎样选择合适的挖掘工艺?答案:选择挖掘工艺时,需要考虑以下因素:土质情况、挖掘的深度、挖掘的范围、工期限制等。

根据不同的土质情况,可以选择爆破、挖掘机械和人工开挖等不同的工艺。

四、计算题1. 某土石方工程需要挖掘土方体积为5000m³的坑,已知挖掘比为1.2,计算开挖后实际需要运输的土方体积和填方的土方体积。

答案:实际需要运输的土方体积 = 挖掘体积 ×挖掘比= 5000m³ × 1.2= 6000m³填方的土方体积 = 挖掘体积 ×(挖掘比-1)= 5000m³ ×(1.2-1)= 1000m³通过以上试题及答案,我们可以对土石方工程的相关知识有一个更加深入的了解。

二次函数实际问题之拱桥问题

二次函数实际问题之拱桥问题

二次函数实际问题之拱桥问题拱桥是一种常见而美丽的建筑形式,它不仅具备实用功能,还能展示人类的工程智慧和美感。

在数学中,我们可以通过二次函数来研究拱桥的形状和特性。

在本文中,我将探讨二次函数在拱桥问题中的应用,并深入分析拱桥的建设、维护和设计过程。

1. 什么是二次函数?二次函数是一种常见的函数形式,它的一般表达式为f(x) = ax^2 +bx + c,其中a、b、c为常数。

二次函数的图像呈现出拱形或倒U形,其特点是在抛物线的顶点处有极值,也就是最高点或最低点。

这个性质使得二次函数在拱桥的研究中十分有用。

2. 拱桥问题的背景拱桥是一种由石头、混凝土等材料构成的桥梁,它通常被用于跨越河流、道路等障碍物。

拱桥在建筑和土木工程领域中扮演着重要的角色,因为它具备良好的承重能力和抗压性能。

为了确保拱桥的稳定和安全,工程师需要对其结构进行精确的设计和分析。

3. 拱桥的建设和维护拱桥的建设需要考虑许多因素,包括地理条件、基础设施、荷载等。

为了使拱桥具备足够的承重能力,工程师需要合理地确定拱的形状和高度。

在这个过程中,二次函数可以帮助我们建立与拱桥形状相关的方程。

通过研究这个方程,我们可以了解拱桥的强度和稳定性,并做出相应的调整和改进。

4. 二次函数在拱桥设计中的应用在拱桥设计中,二次函数可以帮助我们确定拱桥的最高点、最低点和抛物线的形状。

通过调整二次函数的参数,工程师可以得到不同形状和高度的拱桥。

二次函数还可以帮助我们计算拱桥的支持点位置、曲率和承重能力。

通过分析二次函数的图像和方程,我们可以预测拱桥在不同荷载下的行为,并为拱桥的设计提供指导。

5. 个人观点和理解作为一个写手,我对拱桥问题有着浓厚的兴趣。

通过研究二次函数在拱桥设计中的应用,我深刻意识到数学在工程中的重要性。

二次函数不仅能描述拱桥的形状和特性,还可以帮助我们预测和优化拱桥的结构。

在今后的工作中,我希望能继续深入研究拱桥问题,并与工程师们合作,为建设更安全、美观的拱桥贡献自己的力量。

建筑物地基基础常见问题分析及及加固措施

建筑物地基基础常见问题分析及及加固措施

建筑物地基基础常见问题及原因分析一、常见问题1.墙体开裂地基或基础一旦发生问题,一般是通过墙体开裂反应出来。

而墙体的整体性及承载力也会因地基基础的问题而削弱,甚至丧失。

在实际工程中,沉降缝是经常见到的。

2.基础断裂或拱起当地基的沉降差较大,基础设计或施工中存在问题时,会引起基础断裂。

3.建筑物下沉过大当地基土较软弱,基础设计形式不当及计算有误时,会导致整座建筑物下沉过大,轻者会造成室外水倒灌,重者建筑物无法使用。

例如,上海展览馆的中央大厅为箱形基础,1954年建成,30年后的累计沉降达1800㎜。

再如,墨西哥城的国家剧院建在厚层火山灰地基上,建成后沉降达3000㎜,门厅成为半地下室,影响了剧院的使用。

4.地基滑动地基滑动有两种情况,一种是下雨、渗水后在坡地建筑物的下部开挖时而引起的地基滑动;另一种是地基普遍软弱,设计时将地基承载力估值过高或使用时严重超载而引起的地基失稳,产生滑动事故。

5.地基液化失效疏松的粉细砂、轻亚粘土地基,地震时容易产生液化,强度剧烈下降,致使建筑物倾倒和大幅度震沉。

例如,唐山矿冶学院书库为四层楼房,1976年唐山地震时发生震沉,一层楼全部沉入地下。

再如,日本新渴公寓建于砂土地基上,1961年6月因新渴发生7.5级地震,地基发生液化而倾倒。

二、原因分析 1.主观原因(1)不认真勘察,没有完整的勘察资料。

地质勘察报告是建筑物地基基础设计的基本依据。

不进行勘察而凭经验设计,或勘察工作做得不认真、不细致,勘察报告未能准确反映实际地质条件,甚至漏测局部夹层弱土,没有探出局部土坑、古井,或是提供的土质指标不确切,均会导致设计失误,从而造成地基基础事故。

(2)设计方案不周。

地基基础设计方案的选择和确定非常重要,必须做到因地制宜,安全可靠,经济合理。

有些建筑物的地质条件差,变化复杂,更应合理选择设计方案,认真做好计算分析,否则就会引起建筑物结构开裂或倾斜,危及安全。

(3)施工质量低劣。

地基基础一般均为隐蔽工程,施工中常见的问题有:施工管理不善,未按设计图纸及程序办事;未勘察就施工;偷工减料,砌体强度、混凝土强度达不到设计要求,有的甚至在混凝土内填放砖块;开挖后未验槽就浇捣基础,或开挖后发现有意外情况也不作认真处理就施工等。

土建工程常见质量缺陷及处理措施

土建工程常见质量缺陷及处理措施

1、土方路基存在的典型问题:1 )土方路基表面平整度差、积水严重、未设置排水横坡。

2 )土方填挖结合部未清理松土、未开挖台阶、挖方段填洞渣作为施工便道。

3 )填土路基压实层厚度超标。

4)填方路基压实效果差、表面翻浆严重.填土路基表面平整度差积水严重,未设置排水横坡填挖结合部未清理松土、未开挖台阶、挖方段填洞渣作为施工便道填土路基压实厚度超标( 48cm )填方路基表面翻浆严重2、填石路基在施工中存在的普遍问题:1)填石路基填筑层松铺厚度超标、填料粒径过大、填料不一致。

2 )填石路基对超粒径过大石料未进行破碎处理或者过筛处理,直接将大粒径石料集中掩埋填筑。

3 )填石路基零填筑、未全幅施工。

填石路基松铺厚度超标,填石粒径过大填石路基松铺厚度超标,填石粒径过大填石路基填料不一致大粒径石料集中掩埋进行填筑路基零填筑、未全幅施工,施工现场混乱3、三背回填(涵、台、墙)存在的问题1)不重视填料的选择和铺筑工艺的特殊要求、使压实不均、沉降不均。

2)碾压机具不配套,对紧靠台背、耳墙、八字墙的边角难以碾压密实。

3 )三背回填与路基、锥坡等施工不同步,导致已经压实的填料下滑、侧移、沉陷甚至会导致路面的纵、横向裂纹下塌等严重病害。

4)对高填方台背回填完工后的沉降期重视不足,对不同地质段如何缩短沉降期的措施不力。

处理措施:① 定人、定岗、定责,项目部指定专人负责台背回填的质量控制,并签订质量责任状。

② 台背填筑前必须认真清理植被及施工垃圾必须全部清理干净,并对原地面挖成台阶形式。

③ 回填材料:要求用透水性良好的砂砾土或者其它更适合的填筑材料,填料粒径最大不能超过 10cm ,塑性指数应小于 12。

④ 压实机具与松铺层厚度:每层松铺层厚度须控制在 15cm 以内,采用在台背上划线的方法控制松铺层厚度,每层施工须拍照记录,并逐处建立专门档案;施工机具要求承包人配备专门用于台背回填的小型压实机械, 确保密实度。

⑤ 台前、台背必须同时填筑,防止因不平衡加载造成基础推移;⑥每层进行压实度检验,压实标准: 96%。

考虑土拱效应抗滑桩桩间挡土板土压力计算

考虑土拱效应抗滑桩桩间挡土板土压力计算

侧 压力 系数 可 由墙板 与 土 体 接触 处 土 的应 力 状 态 来确定 。如果认 为土体 已经松 动 , 可不考 虑墙后 土 则
式中 : A——A二 (a S Fa ; = tn - tn ) =
q—— 附加压 力 , 里取 O P 。 o 这 ka
体 的粘结力 。由莫尔一库仑强度理论可知 , 该点应力达 到极 限平衡状 态 时 , 力 圆与 强 度 曲线 相 切 , 度条 件 应 强
T≤ () 5
— —
水平压 力 ; 墙 背与 土 的摩 擦角 ; 土的 内摩 擦 角 ;
式 : 坚 系 ,物 意 为厂 中卜 固 数其 理 义 一詈一 詈+
t n — t n ̄'; a a
土的综合摩擦角 ;
卜 土的重度。 如果考虑到 :

可以认为是土的综合摩擦角; K—— 安 全系数 , 般取 2 一 。
4 0
西部探 矿工程
21 年第 l 期 0 1 l 2
考 虑 土 拱效 应 抗 滑桩 桩 间挡 土板 土压 力计 算
孙飞达 , 刘增荣 , 陈小 三
( 西安 建筑科 技 大学 土木工 程学 院, 陕西 西 安 70 5) 10 5 摘 要 : 抗 滑桩桩 间土体 的 土拱 效应 出发 , 用普 氏卸荷 拱理 论推 导 出抗 滑桩桩 间土体 成拱 卸荷后 从 利
形结构 物是不 尽相 同 的。
坑道 支撑上 的压力 与坑道 的埋 深无 关 。 3 抗滑桩 桩 间挡 土板 土压 力计算
3 1 基 本假设 .
假设其 结构模 型 如图 1挡 土板 上 的 土压 力在 水 平 ,
方 向是均匀 分布 的 , 滑桩 的位 置 相 当 于拱 脚 , 面 以 抗 滑 上 部分 的下滑力 相 当于作 用 在土拱 上 的土压力 。

基坑排桩桩间土拱效应的颗粒流模拟研究

基坑排桩桩间土拱效应的颗粒流模拟研究
李 明明
3 0 2) 0 07
程 雪松 郑 刚1 。 , 2
( .天 津 大学 滨 海土木 工程 结 构 与安全 教 育部 重 点 实验 室 ,天津 3 0 7 ;2 1 0 0 2 .天 津 大 学 土木 工程 系, 津 天
摘 要 : 坑支 护排 桩之 间净 距 离 的大 小 对桩 后土 体 的 受力 与 变形 会 产 生影 响 , 用 连 续 介 质 研 究 基 采
c n i u u du meh dc nn tsu y t ei a to o l rh n ewe na jc n i so ol e id pl. o tn o sme im t o a o t d h mp c fs i a c ig b t e da e tpl n s ib h n i e e
we s hou d c os e s na e pie s c i ha n ie s cn O a o op i z h e i nd s v nv s — l ho e r a o bl l e ton s pe a d p l pa i g S s t tmie t e d sgn a a e i e t
pe f r a e ofs a e p l s c e r y s e i r t o r o m nc qu r ie i l a l up ro o r und pie T h r f r l. e e o e,du i g t e de i n o u r n h sg fs ppo tn l s r i g pie ,
d v l me nd f iu e f r t e l v la c o lb t e ie e e op nta al r o h e e r h ofs i e we n p l s,a d a l e he e f c sofpie s cng o o l n nayz st f e t l pa i n s i

常见工程地质问题及其处理方法

常见工程地质问题及其处理方法
岩性条件
1.岩浆岩、厚层坚硬的沉积岩及变质岩,围岩稳定性好,适于修建大型地下工程;
2.凝灰岩、黏土岩、页岩、胶结不好的砂砾岩、千枚岩及某些片岩,稳定性差,不宜建大型地下工程;
3.松散及破碎岩石稳定性极差,选址应尽量避开
地质构造
褶皱的影响
在布置地下工程时,原则上应避开褶皱核部。若必须修建时,可以将地下工程放在褶皱的两侧
风化破碎岩层
1.地下工程开挖后,要及时采用支撑、支护和衬砌;
2.支撑由柱体、钢管排架发展为钢筋或型钢拱架,拱架的结构和间距根据围岩破碎的程度决定;
3.支护多釆用喷混凝土、挂网喷混凝土、随机锚杆和系统锚杆。衬砌多用混凝土和钢筋混凝土,也有釆用钢板衬砌的
4.裂隙发育岩层:承载力和抗渗不满足的可采用灌浆加固,影响边坡的釆用锚杆加固
动水压力产生流砂和潜蚀
轻微流沙
细小的土颗粒会随着地下水渗漏穿过缝隙而流入基坑
中等流沙
基坑底部出现粉细砂堆及细小土粒缓慢流动的渗水沟纹
严重流沙
流沙冒出速度增加,甚至像开水初沸翻泡
机械潜蚀
地下水渗流产生的动水压力小于土颗粒的有效重度,即渗流水力坡度小于临界水力坡度
化学潜蚀
形成洞穴的作用
流沙处理
人工降低地下水位和打板桩等,特殊情况下也可采取化学加固法、爆炸法及加重法等。在基槽开挖的过程中局部地段突然出现严重流沙可立即抛入大块石等阻止流沙。
潜蚀处理
采用堵截地表水流入土层、阻止地下水在土层中流动、设置反滤层、改良土的性质、减小地下水流速及水力坡度等措施
地下水的浮托作用
1.基础位于粉土、砂土、碎石土和节理裂隙发育的岩石地基上,则按地下水位100%计算浮托力;
2.基础位于节理裂隙不发育的岩石地基上,则按地下水位50%计算浮托力;

太沙基土拱效应

太沙基土拱效应

太沙基土拱效应
太沙基土拱效应是土壤力学中的一个重要概念,它是指当地下土层被一定的荷载压实时,土颗粒之间的相互作用力会增强,以致土壤体积缩小,但是同时,为了保持平衡,土壤粒间间隙部分会相应地增加,从而让土体中可以形成空洞或者腔室的一种物理现象。

下面我们将详细阐述太沙基土拱效应的相关知识。

第一部分:太沙基土拱效应的定义
太沙基土拱效应(Taussig arching effect)是指,当荷载作用于某一区域的土体时,如果受到荷载作用的土体中含有空隙、空洞部分,会出现这种现象,空洞部分受到压缩,但是其周围的土体却由于受到周围压力的支持,从而不会发生压缩,甚至出现反弯曲状态。

第二部分:太沙基土拱效应的原理
太沙基土拱效应的实质是一种平衡态,即重力、内摩擦力和土体的强度之间的平衡。

当荷载作用于某一区域的土体时,由于土体中含有空洞和空隙,它们会受到压缩,但是在受力范围内,周围的土体却能够提供足够的支撑力,从而不会发生压缩。

同时,受力范围周围的土体中也会发生一些位移,可能会出现反弯曲现象。

第三部分:太沙基土拱效应的应用
太沙基土拱效应的应用非常广泛,尤其在工程学领域中有着很大的实际意义。

例如,在土质基础板的支撑中,这种效应可以提高基础板的能力,从而减少土体的压缩和避免地基沉降等问题。

此外,这种效应还可以在隧道、拱门和桥梁等地下结构中得到广泛应用。

总之,太沙基土拱效应是一种土壤力学中非常重要的现象。

了解太沙基土拱效应的原理、特性和应用,对于相关工程设计和施工都有着重要的实用价值。

微型桩加固边坡土拱形成机制与结构特征研究

微型桩加固边坡土拱形成机制与结构特征研究

2020年11月第11期(总266)铁道工程学报JOURNAL OF RAILWAY ENGINEERING SOCIETYNov2020NO.l l(Ser.266)文章编号:l〇〇6 -2106(2020)11 -0031 -06微型桩加固边坡土拱形成机制与结构特征研究孙书伟^胡家冰1朱本珍2夏俞毛1(1.中国矿业大学(北京),北京100〇83; 2•中国中铁股份有限公司,北京100039)摘要:研究目的:微型桩是一种边坡快速加固手段,多大面积成群布置,研究桩间土拱对微型桩加固边坡工程设计具有重要意义。

目前,缺乏微型桩加固边坡土拱形成机制的相关研究,本文主要通过模型试验并结合数值分析研究土拱形成机制及结构特征。

研究结论:(1)当微型桩间距较小时桩间土体能够形成强拱,随着桩间距的增大,桩间土拱的结构性能有 所减弱;(2)对黏性土坡而言,微型桩形成土拱的最大桩间距约为5. 50,当相对桩间距大于5. 5时推力荷载作用下桩间土体会产生整体滑出;(3)通过对比不同桩间距土拱形态可知,端承土拱的拱形近似为抛物线,拱形随着相对桩间距增大由尖变缓,再由缓变扁,拱高随着相对桩间距的增大而增大,在此基础上建立了微型桩加固土拱的拱轴线方程;(4)本研究成果可为微型桩加固黏土边坡工程设计和安全评价提供指导。

关键词:土质边坡;微型粧;土拱;模型试验;桩间距中图分类号:11213文献标识码:AFormation Mechanism and Structural Characteristics of Soil Arch in Micropiles - reinforced SlopeSUN Shuwei1 ,HU Jiabing1 ,ZHU Benzhen2,XIA Yumao'(1. China University of Mining and Technology ( Beijing) , Beijing 100083, China;2. China Railway Group Limited, Beijing 100039, China)Abstract : Research purposes :Micropiles are the fast reinforcing technique used for slope stabilization, which are usually installed to cover a large area. It is of great significance to study the soil arch between piles for the engineering design of the micropile - reinforced slopes. There is a lack of study on the formation mechanism of the soil arch in micropile - reinforced slopes, hence, this paper systematically studies formation mechanism and structural characteristics of the soil arch through model tests and numerical analysis.Research conclusions :(1 ) The soil between micropiles formed strong arch under the load when the relative pile spacing was small. With the increase of pile spacing, the reinforcing effect of the soil arch becomes weakened. (2)The maximum spacing of micropiles forming soil arch is about 5.5D for a clay slope. Once the relative micropile spacing is above 5.5, the soil between piles would slide out as a whole body under the thrust load. (3) The arch height increases as the increase of the relative pile spacing, and concurrently, the shape of the soil arch is gradually changed from sharp to flat. The arch shape of the end bearing soil arch is approximately parabola, based on which the arch axis equation of soil arch reinforced by micropiles was established. (4) The research results can provide guidance for engineering design **收稿日期:2020 - 04 -13基金项目:国家自然科学基金面上项目(51574245)##作者简介:孙书伟,1980年出生,男,教授,博士生导师。

《土力学与基础工程》复习资料和答案-选择题

《土力学与基础工程》复习资料和答案-选择题

1. 土力学与地基基础成为一门独立学科的奠基人是( )。

A .法国的库仑B .法国的布辛奈斯克C .英国的朗金D .美国的太沙基2. 评价粘性土软硬状态的物理指标是( )。

A .含水量B .孔隙比C .液性指数D .内聚力3.颗粒级配曲线较平缓的土,表示( )。

A .颗粒大小相差悬殊B .颗粒大小相差不多C .颗粒级配不好D .不均匀系数较小4. 在无限均布荷载作用下,地基中的附加应力分布特点是( )。

A .曲线分布B .正三角形分布C .倒三角形分布D .沿深度不变5. 高耸建(构)筑物应主要验算的地基变形特征是( )。

A .沉降量B .沉降差C .倾斜D .局部倾斜6. 对于软土,沉降计算深度即受压层厚度按( )标准确定。

A .σz ≤0.2σczB .σz <0.05σczC .σz <0.15σczD .σz ≤0.1σcz7.均质土体剪切破坏时,其破坏面一般为( )。

A .剪应力最大面B .抗剪强度最小面C .与大主应力作用面成2/45ϕ+ 角的面D .与大主应力作用面成2/45ϕ- 角的面8. 当地基塑性区的最大开展深度为基础宽度的四分之一时,相应的基底压力记为( )。

A .cr pB .4/1pC .4/1pD .u p9. 在直剪试验中,对试样施加竖向压力后让试样充分排水,待其固结稳定后,再快速施加水平剪应力使试样破坏,这种试验方法属于( )。

A .快剪B .固结慢剪C .慢剪D .固结快剪10. 某一重力式挡土墙,若墙后填土性质相同,则静止土压力E 0、主动土压力E a 和被动土压力E p 的大小关系是( )。

A. E 0>E a >E pB. E P >E a >E 0C. E p >E 0>E aD. E a >E 0>E p11. 对于中心受压的矩形基础,地基土中竖向附加应力最小是( )。

A .基础角点下深为一倍基础宽度处B .矩形基础角点基底处C .基础中心点下深为一倍基础宽度处D .矩形基础中心点基底处12. 对无粘性土土坡(坡角β,内摩擦角ϕ),满足土坡稳定的条件是( )。

关于土拱效应的几个问题

关于土拱效应的几个问题

收稿日期:2002210215基金项目:中国科学院知识创新项目(K J CX22SW 2L126)作者简介:贾海莉(1975-),女,博士研究生. 文章编号:025822724(2003)0420398205关于土拱效应的几个问题贾海莉1, 王成华2, 李江洪3(1.西南交通大学土木工程学院,四川成都610031;2.中国科学院2水利部成都山地灾害与环境研究所,四川成都610041;3.中国水利水电第5工程局,四川成都610061)摘 要:提出了岩土工程领域土拱理论中几个值得探讨的问题,如拱脚的存在形式、拱形、拱体几何参数及微观特性等.根据土拱的不同形成机制,指出拱脚的存在形式有直接拱脚、摩擦拱脚、土体拱脚及二异拱脚4种.在此基础上,通过工程实例对拱形及拱体几何参数提出了初步见解,以期对土拱理论的发展和完善起到积极作用.关键词:土力学;土拱效应;拱脚;拱形;拱体微观特性中图分类号:TU432 文献标识码:ADiscussion on Some Issues in Theory of Soil ArchJ IA Hai 2li 1, W A N G Cheng 2hua 2, L I Jiang 2hong 3(1.School of Civil Eng.,S outhwest Jiaotong University ,Chengdu 610031,China ;2.Chengdu Institute of Mountain Hazards and Environment ,Chinese Academy of Science &Ministry of Water Conservancy ,Chengdu 610041,China ;3.The 5th Construction Bureau of Chinese Water Resources &Hydropower ,Chengdu 610061,China )Abstract :Some issues in the theory of soil arch in the geotechnical engineering are brought forward ,including the forms of spandrel ,the shape ,geometric parameters and microscopic properties of soil arches etc .From the forming mechanism of soil arches ,they are divided into four types ,i. e.directly 2forming spandrel ,induced 2friction spandrel ,solum 2forming spandrel and spandrel with different bases.Based on an engineering instance ,some primary views on the geometric parameters of arch shape and arch body are put forward to develop and perfect the theory of soil arch.K ey w ords :soil mechanics ;soil arching effect ;spandrel ;arch shape ;arch body ;microscopic property 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”[1]: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,Terzaghi 通过著名的活动门试验[2]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,Handy 首次描绘出拱形为近似于悬链线的主应力流线[3].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[4,5].研究土拱理论的同时,有人已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[6~8].土拱效应从概念的提出到理论发展已经历了100多a 的历史,但仍存在一些值得探讨的问题.第38卷 第4期2003年8月 西 南 交 通 大 学 学 报J OURNAL OF SOU THWEST J IAO TON G UN IV ERSIT Y Vol.38 No.4Aug.20031 拱脚的存在形式 如前所述,Terzaghi 通过活动门试验证明了土拱效应的存在并得出了其存在的条件[2]:(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,土拱效应的存在还应满足第3个条件:拱体形成处土体中的剪应力小于其抗剪强度.因为,只有在土体所受剪应力小于其抗剪强度的条件下,土体才可能调动其自身强度以抵抗外力(剪应力).岩土工程中,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.土拱效应也正是土体调动自身抗剪强度的体现.图1 直接拱脚Fig.1 Directly 2forming spandrel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.通过大量成拱作用的实例分析,作者认为拱脚有以下几种存在形式.1.1 直接拱脚 直接拱脚是指支护结构本身发挥其抗弯或抗压性能形成的拱脚.图1(a )与1(b )中所示土拱的形成便是这种形式(形成机制另文探讨).图1(a )为抗滑桩或护壁桩桩间水平土拱,以相邻2桩作为拱脚起支撑作用.在土性既定的条件下,桩间距以及桩截面设计的合理性是该土拱形成并发挥作用的重要保证.图1(b )所示土拱为基坑护壁桩发生局部弯曲变形时产生的,拱脚位于弯曲部位两侧,桩截面的几何参数和强度参数决定土拱的存在与否.在许多其它类型的土木工程中,都会形成以这种拱脚形式存在的土拱,在此不一一列举.1.2 摩擦拱脚 摩擦拱脚是指土体与外加支护结构之间的摩擦力形成的拱脚.图2所示为加筋土挡墙工程中相邻筋图2 摩擦拱脚Fig.2 Spandrel induced by friction带之间的土拱效应.加筋土挡墙墙体破坏时会产生主动区和稳定区,主动区土体自重产生的水平土压力通过面板形成对筋带的拉力,方向朝向面板,有将筋带拔出的趋势;而稳定区内的筋带又受到与土体之间摩擦力的作用,抑制筋带被拔出.主动区内的土还有向前挤出的趋势,夹于2筋带之间的土由于筋带的摩擦作用,必然存在不均匀水平位移;在2筋带中间土的水平位移最大,与2筋带接触的土水平位移最小,从而进一步调动了筋带与土体间摩擦力的作用.若筋带间距布置合理,则会在2筋带之间形成土拱,将拱后的水平压力传递至筋带,由筋带与土之间的摩擦力来平衡.此时,拱脚即位于筋带与土接触面处.在自然界中,由摩擦力形成拱脚的土拱效应很多,著名的“粮仓现象”正是谷粒与仓壁之间的摩擦力形成的拱脚.993第4期贾海莉等:关于土拱效应的几个问题1.3 土体拱脚 土体拱脚是指土拱拱脚均支撑于稳定土体的拱脚形式.在工程建设中,采用跳槽分段开挖,正是利用土体自然成拱的原理,使拱脚位于开挖单元两侧的稳定土体中,由稳定土体的抗剪强度提供支撑.基坑开图3 二异拱脚Fig.3 Spandrel with different bases 挖时,会形成以基坑开挖边边长为跨度的土拱.当然,基坑开挖中土拱能否形成还与基坑周围的建筑、地质等条件有密切关系.这里仅假定为一种理想状态,即土体为水平无限分布的均质体.此外,在著名的活动门试验[2]中,土拱的拱脚也正是存在于滑裂面两侧的稳定土体中,由其抗剪强度提供支撑.1.4 二异拱脚 二异拱脚是指土拱拱脚分别支撑于支护结构和稳定土体的拱脚形式.图3所示的基坑护壁桩与稳定土体之间形成的悬链拱就是这种形式.一拱脚悬于支护结构,由土体与支护结构的摩擦力提供支撑;另一拱脚位于主动区与稳定土体的交界面上,由稳定土体的抗剪性能提供支撑.2 拱形及拱体的几何参数 拱的几何参数包括拱跨和拱高,拱体的几何参数指“拱厚”.文献[4]认为,土拱效应中的拱是一个假想拱.我们认为,土拱是客观存在的,因此必然涉及其材料性能,应从材料力学的观点讨论“拱厚”,它所反映的正是拱体本身的强度.文献[1]指出:颗粒体系与流体、均匀相固体的一个重要不同在于,其底面积受力大小与体系的应力分布相关.而体系的应力分布与系统的形成情况紧密相关,系统的形成条件决定了颗粒排列状态及排列的紧密程度.当颗粒体系受纵向压力时,应力易于改向,倾向于横向分布.这种倾向是形成土拱效应的重要原因.尽管目前无法用实测或试验手段真实探测到拱体的存在,但种种间接的模型试验、现场观测及理论研究证明,土拱是客观存在的[9,10],土体中沿最大主应力方向的迹线就是土拱轴线.2.1 拱形 土拱效应中的“土拱”不同于日常生活中肉眼能够看到的拱形结构物,如拱桥、拱坝等.众所周知,拱图4 基坑水平土拱的受力分析Fig.4 The mechnical analysis of ahorizontal soil arch in a foundation pit 桥、拱坝等的设计方法首先是确定荷载,然后进行拱的结构设计.原则是根据拱的受力特点进行最合理的设计,达到安全、经济的效果.简而言之,就是先有拱,后有力.土拱的形成是土体在力的作用下产生不均匀位移,调动自身抗剪强度以抵抗外力的结果,即所谓先有力,后有拱.土体自发形成土拱,必然应使其最大限度地发挥效益.因此,土拱的拱形及结构一定是最合理的,结构力学上称这种拱形为“合理拱轴线”.合理拱轴线的受力特点是拱体单元剪力和弯矩处处为零,只受轴力作用.由此不难看出,研究土拱,首先确定土体的受力状况是至关重要的.只有合理地确定受力,才能得出合理的拱轴线方程,即拱形.在许多情况下,假定拱后荷载是均匀分布的,此时合理的拱轴线为抛物线.在图4的坐标系中,拱轴线方程为y =4hl 2(l -x )x ,(1)式中:l 为拱跨(与拱高成正比);h 为拱高.2.2 拱厚 当支护结构本身发挥其抗弯或抗压性能作为拱脚时,拱厚易于确定.以支护桩或抗滑桩间形成的水平土拱为例,如果是方桩,则其抗弯一侧的宽度即为拱厚;如果是圆桩,则认为圆形内接正方形的边长即为拱04西 南 交 通 大 学 学 报第38卷厚.在土体工程性质一定的情况下,如果已知拱厚及拱后压力,便可确定合理的桩间距,即拱跨,使土拱效应得到发挥,达到优化设计的目的.如前所述,摩擦拱脚、二异拱脚和土体拱脚形式的土拱,其拱跨通常是已知的,拱厚主要决定于受力状况、土体的抗剪强度以及拱脚处接触面的性质等.需要说明的是,由于土体本身的复杂性、试验及实测资料的客观限定,本文仅研究土质较为均匀的粘性土或砂性土中形成的土拱厚度的确定,对于块石土、砾石土中成拱作用的进一步讨论应在更多的试验及实测基础上进行.以下通过示例说明拱厚的确定.某粘土基坑深L =8m ,开挖单元边长l =10m ;土体参数为:容重γ=19kN/m 3,粘聚力c =20kPa ,内摩擦角<=20°,试确定沿开挖边形成的水平土拱的厚度t.首先,对任意深度处的水平土拱进行受力分析,因其对称,取半拱进行研究,建立图4所示的坐标系.根据拱的受力体系(图4),由力及力矩平衡可得F H =F N =p z l 28h , F V =p z l 2,(2)式中:F H 和F V 分别为拱支座(拱脚)处的水平和竖向反力;F N 为拱顶部截面处所受轴力;p z 为基坑深度z (0≤z ≤L )处的主动土压力,根据朗金理论,p z =γz tan 245°-</2.为了保证拱在水平方向的稳定性,F H 应小于拱脚处地层的最大摩擦力,即F H ≤F V tan <s ,其中<s 为土体的等值内摩擦角.取极限状态,得F H =F V tan <s .出于安全原因,通常取土体的粘聚力c =0,即取<s =<.则有F H =F V tan <.(3)将F H 和F V 的表达式代入式(3)并化简得h =14tan <.(4) 如按朗金理论确定土压力,则土压力沿基坑深度呈三角形分布,沿开挖边为均匀分布.现以拱脚截面最危险处土体的极限平衡条件为准则,建立拱厚t 与其它变量的关系.σ1=σ3tan 245°+<2+2c tan 45°+<2.(5)令拱脚处轴力的方向与y 轴夹角为φ,如图4示.结合式(2),根据几何关系有φ=<.拱脚处的最大、最小主应力σ1f 和σ3f 分别为σ1f =p z l2t cos φ=p z l 2t cos <, σ3f =p zsin φ=p zsin <,其应满足式(5).将σ1f ,σ3f 及p z 代入式(5)整理得t =γzl tan 245°-<2tan <2γz tan 245°-<2tan 245°+<2+4c tan 45°+<2sin <.(6)拱厚t 沿深度(z 方向)逐渐变化(表1),随土压力增大而增大.表1 土拱厚度t 随基坑深度z 的变化Tab.1 The variation of the thickness t of a soil arch with the depth z of a foundation pitm z00.512345678t 0.000.290.440.590.670.710.740.760.780.793 拱体的微观特性 如前所述,目前尚无可靠的手段直接探测到土拱的客观存在,更无从得知拱体区域土颗粒以何种方式“楔紧”、重组以及定向排列,自发形成拱体以抵抗和传递外力.但可以肯定的是,土拱区的密实度一定大于周围土体,因为形成土拱有一个挤密的过程.鉴于通过现场实验得到拱体区域土体本构模型的难度很大,而计算机数值计算方法的飞速发展使得颗粒模拟工程成为可能.因此,作者认为,可望将颗粒流理论[11]引入土拱微观特性研究.颗粒流理论通过104第4期贾海莉等:关于土拱效应的几个问题204西 南 交 通 大 学 学 报第38卷离散方法模拟圆形颗粒介质的运动及其相互作用,既可解决静态问题,也可解决动态问题;既可用于参数预测,在原始资料详细的情况下也可用于实际模拟.若将其应用于土拱微观特性的研究,首先确定出边界条件(支护结构形状和几何尺寸),在适当的假设下,通过颗粒的不同接触模型和连接类型模拟土颗粒介质的运动持性及支护结构的受力特征,从而得到拱体土颗粒之间以及土颗粒与支护结构之间接触力的分布规律,进而模拟土颗粒运动过程中形成的土拱.4 结 语 土拱效应是自然界中十分常见的一种现象.在岩土工程中,土拱的形成是指在外力作用下土体产生不均匀位移,从而发挥自身强度以抵抗外力的结果.土拱效应的概念从提出到发展已经历了100多a的历史,并取得了显著的成果.但由于试验条件等许多客观原因,土拱理论研究中仍存在一些值得探讨的问题,包括拱脚的存在形式、拱形及拱体的几何参数和拱体的微观特性等.本文针对上述问题结合实例进行了初步探讨,以期对土拱理论的发展起到积极作用.土拱的形成及存在还与土颗粒的粒径和含水量等因素有关,土工离心模型试验已经证实了这一点.因此更进一步的研究仍需在大量试验的基础上进行.参考文献:[1] 厚美瑛,陆坤权.奇异的颗粒物质[J].新材料产业,2001;(2):26228.[2]K arl T.Theoretical soil mechanics(4th edition)[M].New Y ork:John Wiley&S ons,1947:66276.[3]Richard L H.The arch in soil arching[J].Journal of G eotechnical Engineering,1985;111(3):3022318.[4]朱碧堂,刘一亮.基坑开挖和支护中的土拱效应[J].岩土工程师,2001;13(1):124.[5] 吴能森,郑建荣.人工挖孔围护桩受力机理的研究与探讨[J].岩土工程技术,1997;(3):26230.[6] 尤昌龙.加筋土中的土拱[J].路基工程,1996;(4):47251.[7] 杨雪强,何世秀,余天庆.提高挡土墙设计精度的若干方法[J].湖北工学院学报,1996;11(2):19227.[8] 杨雪强,何世秀,庄心善.土木工程中的土拱效应[J].湖北工学院学报,1994;9(1):127.[9] 周小文,濮家骝.隧洞结构受力及变形特征的离心试验模型研究[J].清华大学学报(自然科学版),2001;41(8):1102112,116.[10] 周小文,濮家骝,包乘纲.砂土中隧洞开挖稳定机理及松动土压力研究[J].长江科学院院报,1999;16(4):9214.[11] 周健,池勇,廖雄华.颗粒流理论及其工程应用简介[J].岩土工程师,2001;13(4):124.。

谈桩承式路堤中土拱效应的研究现状

谈桩承式路堤中土拱效应的研究现状

谈桩承式路堤中土拱效应的研究现状曾春梅;刘建强;郭瑞峰;刘彪;刘亚明【摘要】桩承式路堤具有稳定性好、经济效益高等特点,在国内外的实际工程中得到越来越广泛的应用.当桩承式路堤中的桩及桩帽作用于软土层时,桩间会形成土拱,因此桩承式路堤的设计必须考虑到土拱效应的作用.从理论研究、试验研究、数值模拟角度出发,对前人基于桩承式路堤中土拱效应的研究成果进行总结,提出研究展望,为今后土拱效应的研究提供参考.【期刊名称】《山西建筑》【年(卷),期】2019(045)007【总页数】3页(P156-158)【关键词】桩承式路堤;土拱效应;数值模拟【作者】曾春梅;刘建强;郭瑞峰;刘彪;刘亚明【作者单位】东华理工大学建筑工程学院,江西南昌 330013;东华理工大学建筑工程学院,江西南昌 330013;东华理工大学建筑工程学院,江西南昌 330013;东华理工大学建筑工程学院,江西南昌 330013;东华理工大学建筑工程学院,江西南昌330013【正文语种】中文【中图分类】TU416.120 引言土拱效应是通过土体抗剪强度的发挥而实现的用来描述应力转移的现象。

自Terzaghi[1]通过著名的Trapdoor试验证实了土拱效应的存在以来,土拱效应得到了岩土工程领域众多学者的广泛关注。

从提出土拱效应的存在到得出桩土荷载分担比的计算方法,再到揭示不同高度的路堤对桩承式路堤土拱形态的影响和荷载传递机制,学者们对土拱效应的研究取得极大进展。

如今,土拱理论广泛应用于隧道、边坡工程、桩承式路堤等领域,笔者则重点论述土拱效应在桩承式路堤中的研究现状。

桩承式路堤是利用刚性桩以及桩帽作用在软土层的一种地基处理方式,与天然路堤相比,桩承式路堤具有稳定性好、施工工期短、不均匀沉降小、经济效益高等特点,近年来在实际工程中得到越来越多的应用。

当桩承式路堤中的桩及桩帽作用于软土层时,桩间会形成土拱,土拱将应力传递至桩帽,因此桩承式路堤的设计必须考虑到土拱效应的作用。

被动桩计算模式及考虑土拱效应的计算方法

被动桩计算模式及考虑土拱效应的计算方法

被动桩计算模式及考虑土拱效应的计算方法*
李忠诚 ,杨 敏
(同济大学地下建筑与工程系,上海,200092) 摘要:建立了地面堆载条件下对邻近桩基影响的实用计算模式,将被动桩分为受土体位移作 用的被动部分和受土体抗力作用的主动部分分别考虑,以 T.Itos 土压力为依据,考虑土体的 实际分层和被动区侧移土体成拱效应,计算被动部分桩侧土压力,主动侧作用于桩身上的土 体抗力与桩的变形成正比。通过桩的平衡建立位移协调方程,采用有限差分法求解建立的微 分方程,并编制了 VBA 电子表格有限差分程序。最后通过一个工程实例对本文提出的被动 桩的实用计算方法进行了验证。 关键词:土拱效应;被动桩,土压力,侧向变形
在桩身上的极限压力和桩身弯矩的大小,取决于桩的几何尺寸,桩的抗弯强度,稳定土体和 滑移土体的强度参数。 Viggiani 的被动桩计算模式由受土体位移作用的被动部分和下部受荷载 作用的主动部分组成。
H
堆载

软土
被动受荷
土体运动方向
滑动面

硬土
主动受荷
图 3 被动桩模型 Fig.3 passive pile mode Fig.4
被动侧作用于桩身上的土压力 p p ( z ) 采用式(8)计算,主动侧土体抗力 p a ( z ) 采用传 统的 m 法计算,假定土压力和变形成正比。采用有限差分法求解上述方程,将桩离散成 n 个单元如图 6 所示。
点号
n n-1 m+2 m+1 m m-1 m-2 2 1 0
有限差分法计算示意图
**


对于侧向受荷桩基来说, 根据桩与周围土体相互作用的特性, 可以分为两类 De Beer[1][2] (1977) :第一类桩基直接承受外荷载并主动向土中传递应力,称为“主动桩” ;第二类桩基 并不直接承受外荷载,只是由于桩周围土体在自重和外荷作用下产生水平运动而受到影响, 称为“被动桩” 。在主动桩中,桩顶荷载使桩在土体中移动,桩上荷载是因,桩相对于土体 的变形效应是果;而在被动桩中,侧移土体对桩产生土压力,土体相对于桩的移动是因,它 在桩身上引起的荷载是果。 由于被动桩因土体移动产生的桩侧荷载难以确定, 引起桩土相互 作用的土体位移不仅与土体本身的性质、桩的形状、数量和布置等因素有关,而且还与产生 土体位移的成因(如堆载、开挖、打桩)有关,因此,被动桩的问题要比主动桩复杂得多, 如果设计不当,会产生严重的工程问题。在软土地基中,堆载或开挖引起的土体水平位移可 达到堆载高度或开挖深度的 1%~2%甚至更大。如此大的侧向位移引起的作用于桩上的侧 向压力会很大,足以使大尺寸的桩产生变形甚至破坏[1] [3]。 在工业厂房、 港口码头、 边坡加固等工程中, 桩基不仅直接承担作用于桩顶的主动荷载, 而更重要的是抵抗土体在自重或者外荷载作用下土体的侧向变形, 这些工程中的桩是比较典 型的被动桩。对于被动桩的研究,由于桩土相互作用和桩受力的不确定性,数值分析是一种 比较理想的方法,但相对于竖向受荷主动桩的研究,仍欠缺一套系统的理论方法。本文将在 被动桩土体双层滑移模式基础上, 基于侧移土体在桩前的成拱效应, 建立邻近堆载条件下被 动桩实用计算方法,最后结合一工程实例验证本文理论方法的有效性。

拱结构分析

拱结构分析

拱结构及案例分析一拱结构的分析拱结构式是建筑工程中常用的结构之一,是一种主要承受轴向压力并由两端推力维持平衡的曲线或折线构件。

拱结构由拱圈及其支座组成。

支座可做成能承受垂直力、水平推力以及弯矩的支墩;也可用墙、柱或基础承受垂直力而用拉杆承受水平推力。

拱圈主要承受轴向压力,与同跨度的梁相比,弯矩和剪力较小,从而能节省材料、提高刚度、跨越较大空间。

拱的类型,按材料分:土拱、砖石拱、木拱、混凝土拱、钢筋混凝土拱、刚拱等;按拱轴线型分:圆弧拱、抛物线拱、悬链线拱等;按所含铰的数目分:三铰拱、双铰拱、无铰拱等;按拱圈截面形式分:实体拱、箱形拱、桁架拱等。

如下图为拱的分类图:拱结构的受力分析:如上图,当拱承受均布荷载时,主要靠的压力和推力支撑,由Th+chMx=可知,支撑弯矩靠力臂的改变,而力臂的增加靠形态的改变。

因此拱的外形一般是抛物线、圆弧线或折线,目的是使拱体各截面在外荷载、支撑反力和推力作用下基本处在受压或较小偏心受压状态,从而大大提高拱结构的承载力。

当拱自身重力产生的弯矩Mx为0 时,此时称为合理拱轴线(也叫压力线),即截面产生的弯矩为0。

当选择拱轴线时,偏于合理拱轴线以上的为负弯矩,偏于合理拱轴线以下的为正弯矩,与合理拱轴线相交的点的弯矩为0 。

拱结构在设计中最重要的是水平推力的处理。

在实际工程中常用的有以下几种做法:由拉杆承受水平力——优点是结构自身平衡,使基础受力简单;可用作上部结构构件,代替大跨度屋架;由基础承受——施工设计时要注意承受水平推力的基础的做法;由侧面结构物承受——要求此结构必须有足够的抗侧力刚度;由侧面水平构件承受——一般有设置在拱脚处的水平屋盖构件承受,水平推力先由此构件作为刚性水平方向的梁承受,在传递给两端的拉杆或竖向抗侧力结构;此外还应注意当拱承受过大内力时的失稳现象;防止失稳的办法是在拱身两侧加足够的侧向支撑点。

二拱结构的案例分析阿罗丝渡槽如右图,渡槽设设计为一个124ft长,支撑在间隔62ft的支架上,两端伸臂各长31ft的单元。

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工 程 技 术
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基础 工程 中的土拱 问题
吴翔
(贵 州省铜 仁地区 筑规划勘 建 察设计院 资州铜仁 5543 0 0 ) 摘 要: 本文主要分析了 岩土工程领域基础工程的土 拱理论中 几个值得探讨的问题, 拱脚的存在形式、如何考虑拱形、 如 如何确定拱 高 和拱厚、 各种土 拱效应对工 程的实际影响等、并提出了 值得进一步讨 论研究的相关问 以期对土 题, 拱理论的 和完善起到一定的积 发展
1 与土拱有关的 概念
在实际估算抗滑桩间 大距离时, 最 可不计 土拱本身的剩余抗滑力凡。公式为
5=一 竺一 竺
刃 一 叻 l a ( h 桩侧滑动面以上宽和高。 因不计土拱本身沿滑动面滑移变形的剩 余抗滑力, 所以算出的最大桩间距偏小, 对工 程的安全有利。 (2 矩形桩最大间距估算模型(周德培等) )
极作 用。 关键词: 土力学
中图 分类号: TBI
拱脚
拱形
拱体 土拱效应 文献标识码: A
优化设计
文章编号: 1672一 3791(2007)07(a卜0 45一 ) ( 02
此外, 土拱的形成是土体在力的作用下产 调动自 身抗剪强度以抵抗外力 如果支撑的一部分移动, 而其余部分保持 生不均匀位移, 后有拱。土体自 发形 原位置不动, 近移动部分的土体将向外移动, 的结果。即所谓先有力, 靠 必然应使其最大限度地发挥效益。因 造成土体中的移动部分与 相邻不动部分间的相 成上拱, 此, 土拱的拱形及结构一定是最合理的 , 结构 对变位, 土中的这种相对运动受到移动土体与 力学称这种拱形为 “ 合理拱轴线” 。 不动土体接触面处的抗剪强度的阻抗, 因为抗 剪强度有保持移动土体在其原来的位置的趋 势, 故使支撑移动部分上的土压力减少, 而使相 2 土拱效应对工程的影晌 桩间的土 拱效应 邻的不动部分的土压力增加, 这种从移动土体 2. 1 抗滑 把压力传给相邻不动部分的传递作用 通常称土 当两抗滑桩之间的土体受到滑坡推力作 拱作用。 如果移动支撑的一部分向 外移动的比 用时, 土体将推力的大部分(或全部)传递到两 相邻部分多, 则也可以发生土拱作用。 侧的抗滑桩上, 由两侧抗滑桩侧摩阻力来支撑 Te zagh 通过活动门 r i 试验证明了 土拱效 滑坡推力。若抗滑桩侧摩阻力之和大于或等 应的存在并提出 r 其存在的条件: 于滑坡有效推力时, 滑坡便停止向前滑动。这 1. 1 土体之间 不均匀 产生 位移或相对位移 表明两抗滑桩间土拱已经形成。若桩侧面摩 1.2 作为支撑的拱脚的存在 擦系数远大于桩间土体摩擦系数, 在侧摩阻力 此外, 拱体形成处土体中的剪应力应该小 计算时应用桩间土体的摩擦系数。 2 . 1. 1 受力分析 于土体抗剪强度。因为只有在土体所受剪应 力小于土体抗剪强度的条件下, 土体才可能调 土拱形成以后, 土拱前方首先受到滑坡推 动其自 身强度以抵抗外力( 剪应力) 。 力的作用; 土拱后侧受到被动土压力的作用, 在土拱问题中涉及到拱形、拱厚、拱 方向与滑坡推动力方向相反; 同时土拱本身沿 高、0 拱脚的确定问题。 滑动面也存在下滑力和抗剪力问题 。 上拱接受 拱脚通过实例分析可以分为以下几种存 滑坡推力后, 要克服土拱后面的被动土压力和 在形式 : 土拱本身沿滑动面的抗滑力, 余下的才是沿拱 ) 1 直接拱脚, 是指支护结构本身发挥其抗 圈传递的有效推力, 抗滑桩侧受到有效推力作 弯或抗压性能形成的拱脚。例如抗滑桩或护 用后, 同时产生桩侧摩阻力。 2 . 1.2 土拱应力分布特征 壁桩桩间水平土拱。在土性既定的条件下, 桩间距以及桩截面设计的合理性是该拱形成 土拱受到滑坡推力时, 有传递滑坡推力的 并发挥作用的重要保证。 功能。此拱圈横向 仁 的有效推力分布是中间 ) 2 摩擦拱脚, 是指土体与外加支护结构之 小, 向两侧抗滑桩逐渐增大。 纵向上, 滑动面附 间的摩擦力形成的拱脚。例如加筋土挡墙工 近推力最大, 向上至地表, 推力逐渐减少至零。 2 . 1. 3 土拱变形破坏 程中相邻筋带之间的土拱效应,粮仓现象” “ 中谷粒与仓壁之间的摩擦力形成的拱脚。 土拱受到滑坡推力后, 即发生沿滑动方向 ) 3 土体拱脚, 是指土拱拱脚均支撑于稳定 的压缩滑移变形, 同时将滑坡推力向两侧传递 土体的拱脚形式。例如跳槽分段开挖, 正是 到抗滑桩侧面上。 制约这个变形的是土拱内土 利用土体自 然成拱的原理; 基坑开挖时也会形 颗粒的抗剪强度。 当变形到两桩之间的平直联 成土拱 。 线时, 即达到最大允许变形, 或日临界变形。 大 ) 4 二异拱脚, 是指土拱拱脚分别支撑干支 于这个变形, 土拱即发生破坏。土拱发生破坏 护结构和稳定土体的拱脚形式。例如基坑护 时, 传递到土拱两侧的滑坡推力传向土拱中间, 壁桩与稳定土体之间形成的悬链拱。 块体产生应力松弛, 向滑动方向发生滑移流动。 拱的形式按其存在的方向不同分为水平 由此得出土拱发生破坏的条件是过大的 土拱和竖向土拱。其中水平土拱主要在支护 滑坡推力与土拱内部较低的土颗粒抗剪强度 结构计算中考虑, 而竖向 土拱主要在计算土压 藕和作用的结果。 2 . 2. 4 抗滑桩桩间距的确定 力时考虑。 拱高应根据拱脚间距和土体的力学性质 ( 1 矩形桩最大间距估算模型(王成华等) ) 来确定, 而实际工程中通常取为桩径的一半。 基本假定: 拱厚实际上是由土体的力学性质和土压 假设传递过程中无能量损耗, 并以正压力 力来决定的, 而实际工程中通常根据桩形来确 方式全部转化为桩侧摩阻力。实为桩侧最大 定, 如矩形桩间形成的上拱厚度取受弯面的宽 康阻力。桩侧摩阻力承担桩间全部滑坡推力。 度, 而圆形桩则取其内接四边形的边长, 本人 基本公式 : _ Zc h b 认为是否可以取其内 接三角形的边长, 增加计 5 = 一 ~二 二 ‘二 二一一 算拱厚, 有待进一步分析测试。 名 一 动一 l a ( h 凡
docinchoosebestliteraturebestliterature45科技资讯科技资讯sciencetechnologyinformation27no19sciencetechnologyinformation1与土拱有关的概念如果支撑的一部分移动而其余部分保持原位置不动靠近移动部分的土体将向外移动造成土体中的移动部分与相邻不动部分间的相对变位土中的这种相对运动受到移动土体与不动土体接触面处的抗剪强度的阻抗因为抗剪强度有保持移动土体在其原来的位置的趋势故使支撑移动部分上的土压力减少而使相邻的不动部分的土压力增加这种从移动土体把压力传给相邻不动部分的传递作用通常称土拱作用
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