樁承式路堤土拱演化——模型試驗(yàn)分析與DEM模擬.pdf

1、土拱效應(yīng)是樁承式路堤、抗滑樁、地下埋管等眾多巖土工程問(wèn)題荷載傳遞的主要機(jī)制，土拱效應(yīng)的研究主要采用Terzaghi的Trapdoor（陷阱門(mén)）試驗(yàn)的思路，而樁承式路堤的群樁與樁間土組合與Multi-trapdoor（多陷阱門(mén)）系統(tǒng)更為吻合。其荷載傳遞機(jī)制更為復(fù)雜，主要樁承式路堤的土拱效應(yīng)模型眾多，各類模型都有其應(yīng)用范圍。為了探究樁承式路堤土拱效應(yīng)模型之間的關(guān)系及其演化規(guī)律，課題組自主研發(fā)了多陷阱門(mén)模型試驗(yàn)箱裝置。選取不同的填料高度、樁間

2、凈距、樁體寬度以及顆粒粒徑作為影響參數(shù)，開(kāi)展了一組4因數(shù)4水平正交試驗(yàn)。采用離散單元法(DEM)對(duì)模型試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值模擬，印證模型試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的三種土拱效應(yīng)演化模型及其演化過(guò)程。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴通過(guò)采集到的砂填料圖像以及 PIV（粒子圖像測(cè)速）技術(shù)獲取的砂填料全場(chǎng)位移等值線圖，揭示出當(dāng)陷阱門(mén)向下移動(dòng)（模擬樁承式路堤樁間土下沉）時(shí)，試驗(yàn)填料中首先均出現(xiàn)三角形剪切面，稱為初始三角拱。隨著移動(dòng)量的增加，不同參數(shù)組合下的初始三角拱

3、出現(xiàn)了三種不同的演化模式。分別為三角滑移面擴(kuò)展模式、塔形滑移面升高模式和等沉模式；⑵對(duì)獲取的樁土應(yīng)力比曲線進(jìn)行分析。16組模型試驗(yàn)的樁土應(yīng)力比曲線可以歸為三種類型，分別對(duì)應(yīng)于位移圖像所反映的三種土拱效應(yīng)演化模式，每種樁土應(yīng)力比曲線類型對(duì)應(yīng)的參數(shù)組合也基本與位移圖像的演化模式的參數(shù)組合相對(duì)應(yīng)。通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果總結(jié)出了三種演化模式各自的參數(shù)組合條件，即適用條件；⑶樁土應(yīng)力反映了樁承式路堤土拱效應(yīng)發(fā)揮程度，采用正交試驗(yàn)方差分析與極差分析方法，對(duì)樁

4、土應(yīng)力比峰值、峰值對(duì)應(yīng)下移量和樁土應(yīng)力比殘余值分別進(jìn)行分析。探討了填料高度、樁間凈間距、樁寬和粒徑對(duì)土拱效應(yīng)的影響規(guī)律和影響程度；⑷對(duì)試驗(yàn)觀察到的初始三角形滑移面的形態(tài)、直線型滑移面的傾角等進(jìn)行了討論。試驗(yàn)獲取的初始三角形滑移面絕大多數(shù)為直線型，統(tǒng)計(jì)的初始滑移面傾角與采用殘余摩擦角計(jì)算得到的主動(dòng)破裂角相近。通過(guò)位移演化圖像與樁土應(yīng)力比曲線對(duì)應(yīng)的下移量分析，初始三角滑移面與最大樁土應(yīng)力比密切相關(guān)，而樁土應(yīng)力殘余值與垂直滑移面的相關(guān)；⑸采用

5、大型平面應(yīng)變?cè)囼?yàn)儀對(duì)試驗(yàn)砂料進(jìn)行了平面應(yīng)變?cè)囼?yàn)，試驗(yàn)結(jié)果反映：對(duì)于同一種砂料，顆粒粒徑對(duì)強(qiáng)度和剪脹性影響不大，相對(duì)密度影響較大。試驗(yàn)用砂的摩擦角和剪脹角均較大。利用臨界土力學(xué)理論，獲得了砂料的臨界摩擦角，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的合理性進(jìn)行了探討；⑹利用DEM數(shù)值模擬探討了DEM數(shù)值模擬中顆?？紫堵逝c初始摩擦系數(shù)之間的關(guān)系，并詳細(xì)闡述了摩擦系數(shù)對(duì)孔隙率存在影響的原因，由此給出了一種獲得指定孔隙率值的顆粒組裝方法。根據(jù)砂的平面應(yīng)變?cè)囼?yàn)強(qiáng)度參數(shù)與曲線，選