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预应力锚索桩板墙设计方法与工程应用研究

预应力锚索桩板墙设计方法与工程应用研究

作者：曾玉华湖南科技大学

学位级别：硕士

近年来,预应力锚索桩板墙结构在边坡支护中应用越来越广泛,但对于桩板墙结构设计与施工仍存在诸多问题,如设计计算结构内力的手段单一,结构刚度和强度不足导致在使用阶段发生各种病害等。为优化板墙结构设计方法,提高其使用性能,本文主... 详细信息

近年来,预应力锚索桩板墙结构在边坡支护中应用越来越广泛,但对于桩板墙结构设计与施工仍存在诸多问题,如设计计算结构内力的手段单一,结构刚度和强度不足导致在使用阶段发生各种病害等。为优化板墙结构设计方法,提高其使用性能,本文主要对现有的桩板墙结构设计方法进行了阐述,然后结合湘潭市滨江南路预应力锚索桩板墙结构设计与施工,给出了一种理论计算与有限元相结合的设计方法。本文具体研究内容及结论如下。(1)首先进行了广泛的文献调研,对预应力锚索桩板墙的研究背景及意义进行了总结,对锚索桩板墙的定义、特点、使用条件及其分类进行了阐述。然后介绍了近年来国内外对桩板墙的研究现状;目前,众多学者对桩板墙进行了广泛研究,成果颇丰,但由于桩和板、锚索以及墙后填土三者相互作用的复杂性,现有的计算方法仍无法精确地得出各部分结构的内力及变形情况,因此,有必要对该课题进行深入地研究。(2)介绍了目前普遍采用的桩板墙设计方法。抗滑桩的嵌固段及自由段采用m法计算桩身内力及变形;将挡土板视为两端铰支的结构进行计算。对弹性地基梁的三角级数解法的背景、基本思想及其解Winkler弹性地基梁的步骤进行了总结,并对基于Winkler地基梁理论的三种计算方法进行了比较。(3)以湘潭滨江南路桩板墙为例,同时的运用理论计算和有限元模拟两种手段对桩板墙结构进行了内力和变形计算。结果表明,按滑坡推力和库伦土压力计算所得的桩身最大弯矩和剪力具有一定差异,有限元计算的桩身最大弯矩与理论计算所得的桩身最大弯矩误差为3.9%。因此建议在设计阶段采用多种手段来进行结构内力计算,考虑不同计算方法的差异,以保证结构足够的安全储备。

关键词：预应力锚索桩板墙有限元结构设计病害分析

云桂铁路膨胀土路堑边坡桩板墙现场监测与理论研究

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云桂铁路膨胀土路堑边坡桩板墙现场监测与理论研究

作者：汪鹏福中南大学

学位级别：硕士

膨胀土在我国分布很广,工程危害极大。尤其在我国西南地区,每年花费在处理膨胀土问题上的资金甚巨。目前,关于膨胀土边坡破坏机理、支挡结构设计计算方法还有待进一步研究。针对上述问题,本文依托铁道部科技开发项目《云桂铁路膨胀土岩... 详细信息

膨胀土在我国分布很广,工程危害极大。尤其在我国西南地区,每年花费在处理膨胀土问题上的资金甚巨。目前,关于膨胀土边坡破坏机理、支挡结构设计计算方法还有待进一步研究。针对上述问题,本文依托铁道部科技开发项目《云桂铁路膨胀土岩溶地段关键技术研究》(2010G016-B),通过资料调研、现场监测、理论分析和数值模拟等方法,对膨胀土路堑边坡桩板墙支挡效果等进行了试验研究和理论分析。研究的主要内容和成果如下：(1)对膨胀土特性以及膨胀土边坡的破坏形式和机理进行了分析与探讨,总结了影响膨胀土边坡稳定性的因素,探讨了考虑基质吸力的膨胀土边坡稳定性系数的计算方法。(2)在试验段典型断面的桩板墙结构关键位置布设土压力盒、混凝土应变计、湿度传感器等测试元器件,并制定了长期监测方案。现场监测数据表明：土体湿度沿深度方向逐渐减小;桩、板后土压力沿深度方向分布分别为“K”型,“C”型,和传统的库仑土压力分布存在较大的差异,可认为是土体中存在膨胀土压力的引起的。(3)将桩(板)后土压力视为库仑土压力与土体膨胀力之和,在传统桩板墙设计计算方法(m法和K法)的基础上,将侧向膨胀力对结构的作用进行了简化处理,得出了桩(板)身所受膨胀土压力及其桩(板)身弯矩的计算值,和实测数据在大小、规律上相差不大。(4)对膨胀土路堑边坡桩板墙支挡结构进行有限元模拟,从不考虑膨胀力到施加不同大小膨胀力,模拟了四种计算工况,并且将模拟得出的结果和实测数据、理论计算值进行了对比和相互验证。图94幅,表26个,参考文献128篇。

关键词：膨胀土路堑边坡膨胀力桩板墙有限元模拟

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膨胀土路堤桩板墙土工离心模型试验研究

膨胀土路堤桩板墙土工离心模型试验研究

作者：魏建兵西南交通大学

学位级别：硕士

膨胀土是一种富含亲水性矿物并具有特定结构和特殊工程性质的粘土,多以非饱和的状态存在,遇水则膨胀变形,失水则收缩干裂,具有较大的往复胀缩性。我国工程界曾将膨胀土看作“坏土”,具有“逢堑必崩、无堤不塌”之说。因此,膨胀土的工程... 详细信息

膨胀土是一种富含亲水性矿物并具有特定结构和特殊工程性质的粘土,多以非饱和的状态存在,遇水则膨胀变形,失水则收缩干裂,具有较大的往复胀缩性。我国工程界曾将膨胀土看作“坏土”,具有“逢堑必崩、无堤不塌”之说。因此,膨胀土的工程问题已成为一个世界性的研究课题。昆明至河口铁路是我国西南地区重要的出海通道之一,是规划中泛亚铁路重要组成部分。昆河线玉溪至蒙自段铁路建设过程中,线路频繁穿越膨胀岩土地区;因此,膨胀岩土路基是该工程中最常见的路基病害之一。膨胀土是目前我国工程建设中常见的特殊岩土病害之一。本文结合昆河线玉蒙段在建铁路工程,简要介绍了膨胀土的研究现状和工程性质以及各种评判参数,对云南蒙自地区玉溪至蒙自铁路段内及成都龙潭寺的膨胀土进行了室内土工实验和三轴剪切试验进行对比,取得两种膨胀土的物理和力学指标。以玉蒙线DK99+648～DK99+700段工点为原型,运用相似原理设计和制作了土工离心试验模型。土工离心试验就路堤加筋、路堤不加筋两种工况,以及最优含水量及富水两种含水条件进行模拟测试。试验中测试抗滑桩及挡土板变形及受力状况、路基变形情况等。通过模拟试验结果分析,得出膨胀土地区桩板墙及加筋路堤工程性能,评价膨胀土路基加筋及膨胀土路堤桩板墙结构的处治效果。为玉蒙铁路膨胀土地段路基设计、施工提供科学依据,并为后期云南玉溪蒙自膨胀土地区处治膨胀土危害提供参考。

关键词：膨胀土离心模型试验桩板墙加筋土路堤

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既有—新建路堤桩板墙协同作用机理研究

既有—新建路堤桩板墙协同作用机理研究

作者：刘正兰州交通大学

学位级别：硕士

随着我国铁路建设项目的逐年递增,铁路既有线改建及临近既有线新建项目将会越来越多,既有公路铁路的运输量已经不能满足日益增长的发展趋势,拓宽改造工程势在必行。对于既有线的改建和新增二线,往往实际工程会被地域条件限制,此时便出... 详细信息

随着我国铁路建设项目的逐年递增,铁路既有线改建及临近既有线新建项目将会越来越多,既有公路铁路的运输量已经不能满足日益增长的发展趋势,拓宽改造工程势在必行。对于既有线的改建和新增二线,往往实际工程会被地域条件限制,此时便出现了新旧联合支挡的结构,目前针对新旧支挡结构联合作用的机理的研究明显不足,特别是既有-新建桩板联合支挡相互作用机理方面。因此,本文针对中兰高铁基于既有路基支挡结构,新建三四线的路基拓宽项目,采用有限元软件开展数值仿真,对新旧组合桩板墙进行受力分析,研究其受力与变形机理,结论如下:（1）采用Midas GTS NX有限元软件结合实际工程开展数值仿真并对结果进行分析。对于既有桩板墙解析法与数值模拟法计算结果基本吻合,为后续建模工作提供保障,且整体上数值模拟法的计算结果较小,说明解析法更偏于保守,但是过于安全的设计会导致材料用量的浪费。对既有桩板墙的锚固桩进行受弯承载力验算,实际值小于设计值,从而在桩身未达到破坏的前提下进行进一步的研究。（2）本文为了研究的新旧组合支挡的作用机理,设计两种工况进行数值模拟,分别是新桩不接触既有挡土板（非协同作用）,与新桩接触既有挡土板（协同作用）,在新旧组合协同工作的条件下,既有桩板墙挡土板顶部的侧向位移、支挡桩桩身弯矩及剪力,以及既有挡土板顶部的水平位移均得到了大幅的限制。同时,在协同作用下,新桩与既有桩承担荷载比例接近1:1,而非协同工作条件下的新桩承受荷载不及既有桩的一半,体现了协同工作更能保证既有桩板墙的稳定性。在两种工况下,墙背土压力的大小分布均沿墙背呈现出先增大后减小的趋势。（3）路基加设土工格栅后,竖向沉降曲线变缓,横向位移变小,土工格栅分担了一部分路基上方荷载,使得新填路基竖向刚度变大,限制了新填路基顶面的沉降量。其中土工格栅的铺设宽度与层数对于治理效果有一定影响,当铺设土工格栅层数与宽度的增加时,路基顶面不均匀沉降的差值越小,且铺设层数与铺设宽度越多,路基顶面沉降曲线越缓,但从材料用量的经济角度出发,应合理进行优化。

关键词：桩板墙组合支挡数值模拟拓宽路基

新建桩板墙与既有悬臂式挡墙协同作用机理研究

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新建桩板墙与既有悬臂式挡墙协同作用机理研究

作者：郭智斌兰州交通大学

学位级别：硕士

随着我国铁路中长期规划“八纵八横”路网的不断完善,新建的铁路网也逐年增多,因此如何保证新建线路与既有线路的有效连接,以充分发挥出铁路的运能和运量,是目前工程技术领域急需考虑的问题。对于改建既有线和增建二线工程,多种支护形... 详细信息

随着我国铁路中长期规划“八纵八横”路网的不断完善,新建的铁路网也逐年增多,因此如何保证新建线路与既有线路的有效连接,以充分发挥出铁路的运能和运量,是目前工程技术领域急需考虑的问题。对于改建既有线和增建二线工程,多种支护形式组成的多级组合挡结构可有效地解决路基加宽这一工程难题。本文以中兰铁路引入兰州枢纽配套工程—路基边坡多类型组合支挡结构为研究背景,结合设计资料和现场施工方案,采用理论计算、室内模型试验、有限元数值计算等多种研究方法,对新建桩板墙和既有悬臂式挡墙组成的组合式支护体系的受力、变形等进行多因素分析,以研究其协同作用的机理。通过研究,本文主要获得以下研究成果:（1）分析桩板墙、悬臂式挡墙和两级挡土墙组合支挡结构的作用机理和研究研究现状,发现目前组合支挡结构多采用两级悬臂式挡墙组合支挡结构,而桩板墙和悬臂式挡墙组合支挡结构的研究目前尚未报道过,故研究其协同作用机理和组合式支挡结构的受力和变形研究具有重要的理论价值和工程实践意义;（2）总结了目前常用的土压力计算理论,分析朗金理论和库伦理论两者的使用条件和范围,将附加应力理论与弹性理论相结合,应用到新建桩板墙和既有悬臂式挡墙形成的组合支挡结构中,推导了组合支挡结构中悬臂式挡墙的土压力计算模型,并结合理论计算和数值分析,对悬臂式挡墙和桩板墙的受力和位移进行了研究;（3）开展了室内模型试验,通过分级加载测出了桩板墙和悬臂式挡墙的水平位移、竖向应力以及水平土压力;研究了桩身和悬臂式挡墙竖向应力和水平位移随荷载大小的变化规律,对比分析得出桩身正反两侧竖向应力的随荷载和时间的变化趋势,并通过测出的土压力求出了桩板墙和悬臂式挡墙的荷载分担比;采用Madis GTS NX软件建模,分析了桩板墙—悬臂式挡墙在同一级荷载54.1k Pa作用下,支挡结构的变形和土压力的分布规律,并与模型试验值和理论计算解进行了对比;（4）本文通过组合支挡结构协同作用机理研究,发现桩板墙承担的土压力多而悬臂式挡墙承担的土压力少,但悬臂式挡墙的支护作用依然很明显。研究还发现采用桩板墙—悬臂式挡墙等组合支挡结构,可有效解决路基高边坡支挡和和路基加宽等工程问题,同时还可节省建设用地和成本,因此研究组合支挡结构意义重大。

关键词：桩板墙悬臂式挡墙理论计算数值模拟模型试验

降雨前后框架锚索-桩板墙支护隧道洞口边坡地震响应特性分析

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降雨前后框架锚索-桩板墙支护隧道洞口边坡地震响应特性分析

作者：何博裕西南交通大学

学位级别：硕士

高陡边坡在我国西南铁路沿线分布较为广泛，在地震作用下会对附近居民的生命财产安全造成危害。降雨和地震作为导致边坡失稳的两大因素，当两者接连发生造成的破坏效果将不可估量。为了研究原始边坡和框架锚索梁-桩板墙组合支护边坡在... 详细信息

高陡边坡在我国西南铁路沿线分布较为广泛，在地震作用下会对附近居民的生命财产安全造成危害。降雨和地震作为导致边坡失稳的两大因素，当两者接连发生造成的破坏效果将不可估量。为了研究原始边坡和框架锚索梁-桩板墙组合支护边坡在降雨前后地震作用下的动力响应特性，本文以西南地区某边坡为原型，采用室内振动台模型试验探讨未支护边坡和支护边坡在降雨前后动力响应特性，利用数值模拟计算分析原点边坡和支护结构的动力响应特性，最后结合综合分析进行详尽的研究工作。　　本文主要研究包括：　　(1) 进行土体物理力学特性试验，得到土体的粒径分布、渗透系数和抗剪强度。由试验可知，该土体黏聚力随含水率的增加而先增大后减小，内摩擦角随含水率的增加而逐渐减小。　　(2) 以西南某边坡为原型，根据相似关系设计未支护和支护两个振动台试验模型，利用 EL-Centro 地震波进行地震激励，通过分析降雨前后地震过程中边坡的破坏现象、加速度响应、位移、应变和频域等，探究边坡在降雨前后的动力响应特性。由试验可知：未支护边坡在降雨工况下的破坏模式为牵引式滑坡，边坡PGA放大系数有高程放大效应，降雨工况的PGA放大系数和峰值应变要大于不降雨工况。支护边坡在降雨工况下的破坏模式为先坡顶张拉破坏最后发生越顶破坏，边坡PGA放大系数随震级增加而不断减小，降雨工况下边坡PGA放大系数反而要小于不降雨工况，因此在动力响应研究中要选择合适的地震波;支护结构的内力响应总体随着震级增加而增大。降雨会导致边坡自振频率降低而支护会导致边坡自振频率增加，边坡在高震级下对 El地震波存在高频滤波作用。　　(3) 采用有限差分软件FLAC3D开展了降雨—地震作用下工点边坡的数值模拟计算。结果显示：未支护边坡最大位移发生在边坡中部，破坏模式为“拉伸-溃裂-剪切-滑动”。支护边坡在地震前降雨导致表面加速度响应降低，降雨地震耦合作用会导致坡体位移增大。支护结构的动力响应总体在降雨工况下要大于不降雨工况，降雨会导致靠近坡顶处锚索轴力降低，桩后土压力在受荷段和锚固段分布形式不同。　　(4) 分析不同坡高、地震波类型和降雨天数对边坡动力响应影响可知，增加边坡高度使得边坡位移增大，桩身弯矩随降雨天数增加而近似呈现线性增大。施加Kobe地震波时边坡和桩板墙结构的动力响应远大于同等震级的 EL-Centro 地震波，进行FFT分析后得知随着高度增加Kobe的主频段幅值有放大作用而EL-Centro则减小。降雨天数的增加对边坡的位移和桩板墙动力响应有增大作用但增大幅度微小，降雨天数对桩身内力增长幅度与地震动峰值加速度有关，因此在结构设计中要考虑当地震级。　　(5) 通过对比预应力桩板锚索墙在不同锚索失效工况的动力响应可知，当桩板墙结构连接锚索且所有预应力施加时其支护效果提升效果最好，组合结构的内力在地震波的强震段发生明显变化;对比桩身不同位置处土压力时间差可知，桩身受到的滑坡推力是从桩顶开始逐步向下方传递。随着地震峰值加速度增加，桩板墙-坡面锚索（杆）组合结构中桩板墙承担的荷载分担比不断增大;随着桩身锚索从完全破坏到正常工作预应力锚索桩板墙组合结构中桩身锚索分担的荷载比例也在逐渐增大。

关键词：铁路边坡组合支护框架锚索桩板墙地震响应特性

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斜插式桩板墙的设计理论与应用研究

斜插式桩板墙的设计理论与应用研究

作者：姜楠楠云南大学

学位级别：硕士

桩板墙是边坡支护的新型支挡结构之一,传统的挡土板是一种直挡板,无法和绿化措施相结合。斜插式桩板墙是近年来结合绿化措施出现的一种新型的桩板墙结构,由于文献对此类斜插板式桩板墙研究甚少,文中将针对斜插板的设计理论,主要研究和... 详细信息

桩板墙是边坡支护的新型支挡结构之一,传统的挡土板是一种直挡板,无法和绿化措施相结合。斜插式桩板墙是近年来结合绿化措施出现的一种新型的桩板墙结构,由于文献对此类斜插板式桩板墙研究甚少,文中将针对斜插板的设计理论,主要研究和分析斜插式桩板墙的土压应力的分布规律和结构受力体系。文中通过在传统直板式桩板墙的受力分析和土压力计算的基础上,运用MIDAS有限元法,建立三维空间模型,分析斜插式桩板墙的土压应力,总结土压力的分布情况为非线性递增趋势。论文以传统直挡板为基础,对斜插板的施工工艺提出了改良方法。文中重点运用有限元法进行分析斜插板的倾角、桩间距和直板间距各个参数对墙背侧向土压应力的影响,并结合工程的实际性和经济性对斜插式桩板墙的结构进行优化分析,对斜插板最佳角度进行论证。文中最后介绍了一般桩板墙的墙体绿化问题,提出了预制绿化槽的斜插板的墙体绿化方式,并提出了的仿自然式桩板墙和自然石材式桩板墙的构想。

关键词：斜插板桩板墙非线性有限元环保绿化

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地震区桩板墙极限状态设计探讨

地震区桩板墙极限状态设计探讨

作者：李明泽西南交通大学

学位级别：硕士

目前,我国铁路路基支挡结构正面临由传统的总安全系数法向极限状态设计法转轨的阶段,需要系统的建立起支挡结构在不同工况下的极限状态设计表达式。桩板墙作为铁路路基支挡结构的重要类型之一,已经进行过一般地区极限状态设计方法的研究... 详细信息

目前,我国铁路路基支挡结构正面临由传统的总安全系数法向极限状态设计法转轨的阶段,需要系统的建立起支挡结构在不同工况下的极限状态设计表达式。桩板墙作为铁路路基支挡结构的重要类型之一,已经进行过一般地区极限状态设计方法的研究,但还没有研究它在地震条件下的极限状态设计方法。本论文就是针对桩板墙在不同地震烈度下的极限状态设计表达式展开研究的。本论文借鉴了一般地区桩板墙极限状态设计研究的思路,对地震区不同工况下的桩板墙极限状态设计方法进行了探讨,论文的主要工作及成果有：搜集了国内外相关的规范标准和不同行业的研究资料,并使用拟静力法对地震区桩板墙进行了受力分析,提出了桩板墙的极限状态方程;运用Fortran语言编写了地震区桩板墙的可靠指标计算程序,计算出了不同地震烈度和地基类型下,按现行规范设计的桩板墙的可靠指标,并提出了目标可靠指标建议值;根据地震区桩板墙的目标可靠指标,运用一般分离法,计算得到了不同地震烈度和地基类型下,桩板墙抗力和荷载的分项系数;对地震区桩板墙的分项系数进行了检验,建立了不同工况下桩板墙结构的极限状态设计表达式;使用FLAC 3D软件来计算桩顶位移,计算分析了地震区桩板墙的桩顶位移,得到了不同地震烈度下桩板墙桩顶位移的变化规律。

关键词：极限状态设计法地震区桩板墙目标可靠指标分项系数桩顶位移

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特殊条件下的桩板墙施工技术

路基工程 2005年第6期 86-88页

作者：敬启双中铁八局集团二公司四川成都610081

介绍雷崇高速公路K126+530～K127+010段陡坡路基桩板墙的施工技术,减少开挖土石方量及对周围环境的破坏,加快了工程进度.

关键词：桩板墙施工技术分幅式路基