考虑拱脚下沉的桩承式路堤土拱效应弹簧活动门试验研究

作     者：张玲 周杰 周帅 邓孟超 赵明华 

作者机构：湖南大学国家级建筑安全与环境国际联合研究中心 湖南大学土木工程学院 湖南大学建筑安全与节能教育部重点实验室 

出 版 物：《中国公路学报》 (China Journal of Highway and Transport)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：081401[工学-岩土工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 

基　　金：国家自然科学基金项目(52078205,52378340) 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室,武汉,430071(No.SKLGME022016) 

主　　题：路基工程 桩承式路堤 土拱效应 拱脚下沉 弹簧活动门 局部荷载 

摘      要：土拱效应是桩承式路堤荷载传递的主要机理之一。摩擦刚性桩、水泥土桩、碎石桩等桩体复合地基支承的路堤，在路堤荷载和车辆局部荷载作用下，桩顶会产生沉降，其对路堤土拱效应的影响不容忽视。而传统活动门试验研究土拱效应时，拱脚固定，无法考虑桩顶沉降（拱脚下沉）对路堤的土拱形态和荷载传递的影响。为此，本文设计了拱脚可下沉的多跨弹簧活动门试验装置，用局部面荷载模拟车辆荷载，并采用不同刚度的弹簧支撑活动块，用于模拟桩和桩间土，开展了15组正交弹簧活动门试验和1组活动门固定的参照试验研究。在填土自重和局部荷载作用施加后，分别通过土压力盒和激光位移计监测土拱影响区域内的土压力以及拱脚和活动门的位移，并基于DIC数字影像技术重现了土拱形态的演化过程。试验结果揭示出拱脚下沉对土拱效应存在削弱作用。在不同加载阶段，削弱作用呈现出明显差异，且活动门刚度愈大削弱作用愈明显。此外，填土自重荷载下，拱脚下沉时土拱高度降低，有利于抑制填土内部沉降差向上发育，但土拱影响宽度增加，使土拱形态从陡拱演化为坦拱。局部荷载施加后，拱脚下沉时中跨土拱稳定性降低，促使荷载向相邻跨传递，从而调动相邻跨的土拱的发展以共同承担局部荷载作用。