1、 軟黏土上樁承式路基分析：全比例實(shí)驗(yàn)，數(shù)值分析方法摘要關(guān)于加筋土的運(yùn)用有精確的結(jié)論就是加筋土作為一項(xiàng)技術(shù)被用在軟土路基上可以減少沉降確保穩(wěn)定性。這項(xiàng)技術(shù)可以減少工程延誤是一種比較經(jīng)濟(jì)可靠的方法，從而使這項(xiàng)技術(shù)得到廣泛的使用。由此，產(chǎn)生了許多設(shè)計(jì)方法去評(píng)估這些加筋結(jié)構(gòu)。這些方法主要基于小模型實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬。這些方法的可靠性必須由現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)區(qū)驗(yàn)證。本文展示了在法國(guó)謝萊做的全尺寸實(shí)驗(yàn)的分析和數(shù)值研究。文中的研究是ASIRI法國(guó)國(guó)家研究項(xiàng)目的一部分。實(shí)驗(yàn)是在通過(guò)剛性垂直樁改良的沖擊軟土上建立的5m高路基上進(jìn)行，路基被分成四個(gè)區(qū)域來(lái)說(shuō)明樁的影響和加筋土的特性。路基的性能通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)評(píng)估（總壓力、水平和垂

2、直位移）。許多原位和實(shí)驗(yàn)室調(diào)查都通過(guò)兩個(gè)軸向荷載監(jiān)測(cè)樁基。這些測(cè)試驗(yàn)證了數(shù)字模型和樁土結(jié)合參數(shù)定義的土工假設(shè)。一些分析方法和數(shù)字模型的運(yùn)用來(lái)監(jiān)測(cè)評(píng)估拱效應(yīng)。對(duì)比不同試驗(yàn)數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)方法的壓力和沉降改善效果。結(jié)果顯示這些方法過(guò)高估計(jì)了壓力效應(yīng)但是沉降效應(yīng)的參數(shù)是合理的可以用來(lái)評(píng)估剛性樁混合結(jié)構(gòu)的整體性。介紹構(gòu)筑在軟土上的路堤在很大區(qū)域上引起顯著的荷載。有間隔的加筋土技術(shù)被證明是一種有效的防止路基破壞或過(guò)度變形解決方法（Alexiew and Vogel, 2002; Kempfert et al.,2004），這項(xiàng)技術(shù)包含三個(gè)部分：（1）路基材料（2）荷載傳遞平臺(tái)以及（3）荷載垂直向堅(jiān)硬基礎(chǔ)的傳遞

3、分布。通過(guò)在荷載平臺(tái)或者樁帽上添加土工合成材料可以構(gòu)成任意可選的配置結(jié)構(gòu)，表面和路堤荷載一部分被轉(zhuǎn)移到群樁上面通過(guò)拱效應(yīng)，這種效應(yīng)發(fā)生在顆粒狀材料構(gòu)成的荷載平臺(tái)。這使得荷載分布更均勻并且減少表面沉降，沿著樁的摩擦力也提供了這種增強(qiáng)效果，引發(fā)了一種復(fù)雜的土和結(jié)構(gòu)相互作用的現(xiàn)象（Jenck et al., 2005;Smith, 2005; Combarieu, 2008）盡管這項(xiàng)技術(shù)被廣泛運(yùn)用，其中的機(jī)理卻仍然知之甚少。這篇文章提出了一種解析的以及數(shù)值的研究基于2007年在法國(guó)謝萊開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)性的測(cè)試。這個(gè)實(shí)驗(yàn)室法國(guó)國(guó)家研究項(xiàng)目計(jì)劃的一部分，目的是為了在法國(guó)運(yùn)用垂直剛性樁提供一個(gè)指導(dǎo)方針。這篇文章

4、的目的是比較幾種關(guān)于全尺寸樁承強(qiáng)化路堤設(shè)計(jì)方法的預(yù)測(cè)值并進(jìn)行針對(duì)性的評(píng)價(jià)。背景許多學(xué)者都對(duì)強(qiáng)化土壤技術(shù)很感興趣，他們的論文主要關(guān)注向樁頂轉(zhuǎn)移荷載通過(guò)拱現(xiàn)象，Low et al. (1994), Zaeske (2001), Jenck et al. (2007) and Chen et al.(2008b)，研究物理模型實(shí)驗(yàn)來(lái)評(píng)估樁和基礎(chǔ)土壤之間的荷載分布。無(wú)論如何，小規(guī)模實(shí)驗(yàn)去模擬強(qiáng)化土壤特性是困難的，使得許多研究都忽視了樁土相互作用的影響(Briançon and Simon, 2010).。另一些學(xué)者建議用解析的方法去改善這種技術(shù)的設(shè)計(jì)。Combarieu (1988, 200

5、8), Chen et al. (2008a),Russell and Pierpoint (1997) 和 Russell et al. (2003)修改了太沙基的活板門實(shí)驗(yàn)(Terzaghi, 1943)來(lái)評(píng)估在樁強(qiáng)化問(wèn)題中的拱效應(yīng)（圖1）.然后，太沙基提出的平面應(yīng)變公式被更新為在研究樁問(wèn)題中考慮三維空間方向。一種軸對(duì)稱公式被Combarieu (1988, 2008)和Chen et al. (2008a)提出，以及一個(gè)三維公式被Russell and Pierpoint (1997)提出。英國(guó)規(guī)范 (BS8006,1995)也基于剪切荷載傳遞導(dǎo)致拱效應(yīng)采用John (1987) 和Jo

6、nes et al. (1990)的方法關(guān)于二維平面應(yīng)變。他們的研究工作都在馬斯頓公式(Marston and Anderson, 1913).關(guān)于埋管上部土拱效應(yīng)基礎(chǔ)上進(jìn)行。一些分析方法假設(shè)一個(gè)理想化的樁之間土拱影響（圖1）。在這些方案中，路堤土拱現(xiàn)象假定發(fā)展為一個(gè)預(yù)先設(shè)定好的形狀，比如半圓柱形拱穹頂（Hewlett and Randolph,1988）球面網(wǎng)殼形(Kempfert et al., 2004)或者對(duì)數(shù)螺旋貝殼形(Naughton, 2007)，新版的BSB006規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)包括被Hewlett and Randolph(1988)發(fā)展3D分析形狀。一些分析方法建立在類比載荷試驗(yàn)基

7、礎(chǔ)上，比如Guido et al. (1987)的土工加筋層，Svano et al. (2000)基于Carlsson(1987)的工作建議棱柱的斜率根據(jù)土的特性來(lái)確定（圖1）Collin (2007)建議構(gòu)造一個(gè)剛性土工加固墊。在這種結(jié)構(gòu)中，棱柱邊的斜率將一致即=1。土工加筋層單獨(dú)確定尺寸來(lái)支撐相應(yīng)臨界高度的土楔體，這將確保整個(gè)路堤荷載傳遞到樁上，如果樁固定在剛性基礎(chǔ)之上，則產(chǎn)生的沉降會(huì)很小。一些分析方法提出整體法去計(jì)算樁承路堤技術(shù)。Combarieu (1988), Filz和 Smith (2007) 以及Chen et al. (2008a)提出了方法論來(lái)預(yù)估在路堤底部的應(yīng)力分布（一

8、種適應(yīng)太沙基的方法）結(jié)合常用技術(shù)來(lái)預(yù)測(cè)土和樁的沉降。Combarieu (1988)利用表面負(fù)摩阻原則(Combarieu, 1974)計(jì)算基礎(chǔ)土體的應(yīng)力分布并用一維固結(jié)公式預(yù)測(cè)基礎(chǔ)土體沉降。Filz and Smith (2007)使用了彈性的解決方案，按照Poulos and Davis (1974)提出的固體圓柱(樁)被一個(gè)厚壁圓筒(土壤)包圍模型，計(jì)算應(yīng)力分布和沉降。在這種方法中，摩爾庫(kù)倫屈服準(zhǔn)則控制的滑動(dòng)和沉降可以視情況通過(guò)一維固結(jié)理論計(jì)算出來(lái)。Chen et al. (2008a)也結(jié)合修正的太沙基方法，包括相等的沉降水平，在基礎(chǔ)土體和樁之間摩擦力和正常應(yīng)力條件下。這些與沉降相關(guān)的

9、概念都被包含在一個(gè)系統(tǒng)中用微分方程來(lái)解決一維壓縮問(wèn)題，解決計(jì)算系統(tǒng)平衡的方法被這些作者提出。這種方法中用到的土體性質(zhì)通過(guò)Randolph and Wroth (1978)來(lái)計(jì)算樁頂土體剪切摩擦剛度和正常剛度，Teh and Wong (1995)計(jì)算了最終表面摩擦，并通過(guò)太沙基的極限承載力公式計(jì)算極限頂部反力。對(duì)比這些設(shè)計(jì)方法展示了他們?cè)诤奢d傳遞分布預(yù)測(cè)和強(qiáng)化路堤性質(zhì)方面的不同，如Russell and Pierpoint (1997), Kempton etal. (1998), Briancon et al. (2004) 和 Filz and Smith (2007)提到的。Kempfe

10、rt et al. (2004) and Filz 和 Smith (2007). Kempfert et al.(2004)提出三維空間計(jì)算包括土工材料影響的分析方法，將土工材料性質(zhì)看作一種彈性連接，之后包含基礎(chǔ)土體相互作用的土工加筋荷載系統(tǒng)的微分方程被定義。Filz and Smith'(2007)的方法論中評(píng)定土工材料的張力和應(yīng)變是根據(jù)在線彈性條件下的計(jì)算撓度。撓度計(jì)算也包含了軟土的影響。基礎(chǔ)土體分擔(dān)了剩余的路堤荷載。進(jìn)行數(shù)值模擬來(lái)更好的理解初試的荷載傳遞的物理現(xiàn)象。數(shù)值模擬被用來(lái)復(fù)制室內(nèi)試驗(yàn)和模擬真實(shí)過(guò)程中的各種性質(zhì)。然而很少有研究關(guān)注樁的承載能力，包括樁頂承載力和樁的抗剪能力

11、。實(shí)現(xiàn)這些分析確實(shí)現(xiàn)實(shí)中很困難，所以研究一般著眼于系統(tǒng)中的一個(gè)方向例如路堤中的荷載傳遞不是作為一個(gè)整體去分析。一般來(lái)說(shuō)，解析法更傾向易用工具設(shè)計(jì)的樁承路堤。但是這些方法很少能在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)中被驗(yàn)證。全比例模型實(shí)驗(yàn)的可靠數(shù)據(jù)是非常難得的，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)費(fèi)用相當(dāng)高。通過(guò)一些被記錄的全比例實(shí)驗(yàn)比如Almeida et al. (2007), Liu et al. (2007), 以及Wachman et al. (2010)曾做過(guò)的記錄看以看出一些共性之處：原位土體特性用針入度實(shí)驗(yàn)測(cè)定，十字板剪切以及壓力測(cè)試實(shí)驗(yàn)也包括在這些實(shí)驗(yàn)中，雖然只有符合固結(jié)規(guī)律的土體的剪切實(shí)驗(yàn)可靠數(shù)據(jù)可以獲得。所有實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目只在加筋強(qiáng)化

12、平臺(tái)上被觀察，平行對(duì)照實(shí)驗(yàn)沒(méi)有加筋強(qiáng)化。通常，很難去評(píng)估自然拱效應(yīng)范圍和沉降減小的比例。項(xiàng)目一般信息謝萊實(shí)驗(yàn)被Briançon et al. (2009)和Briançon and Simon (2012)記錄描述，結(jié)構(gòu)的詳細(xì)信息，土體參數(shù)條件，和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)可以得到，在本論文中只有數(shù)值模型和分析設(shè)計(jì)中用到的信息提供。實(shí)驗(yàn)基于之前在沖擊壓縮下土建設(shè)的橋梁項(xiàng)目。土壤數(shù)據(jù)在加筋項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)區(qū)收集，針入度實(shí)驗(yàn)、壓力實(shí)驗(yàn)和十字板剪切實(shí)驗(yàn)在原位進(jìn)行并且由室內(nèi)三軸實(shí)驗(yàn)補(bǔ)充。實(shí)驗(yàn)主體為5m高的路堤，如圖2所示為基本形狀。路堤被分為四個(gè)區(qū)域，其中三個(gè)區(qū)域被剛性樁強(qiáng)化（2R、3R和4

13、R），剩下1R區(qū)域沒(méi)有加強(qiáng)作為對(duì)照。水平加筋層被用在三個(gè)強(qiáng)化區(qū)域中的兩個(gè)內(nèi)（3R和4R）,樁被設(shè)置在8m厚的壓縮性土中并且底部嵌入堅(jiān)硬的碎石砂層，總的長(zhǎng)度為8.4m。樁的彈性模量為18GPa，泊松比為0.2，這些參數(shù)通過(guò)伸長(zhǎng)計(jì)測(cè)定，比重為23KN/m3。3R和4R區(qū)域被兩層土工格柵進(jìn)行加筋強(qiáng)化，加筋材料抗拉強(qiáng)度分別為750KN/m和520KN/m。測(cè)試系統(tǒng)主要集中測(cè)試樁頂層的應(yīng)力和沉降。沉降傳感器（T）、垂直磁力沉降觀測(cè)器（TM）和土壓力盒（EPC）被用在路堤四個(gè)測(cè)試區(qū)域的軸線上，路堤的側(cè)向變形由傾角計(jì)來(lái)記錄，地下水位通過(guò)孔隙壓力計(jì)測(cè)定，測(cè)量設(shè)備的位置如圖2所示。其他測(cè)試設(shè)備比如土工格柵上布置

14、的光纖應(yīng)變傳感器也被安置，不過(guò)沒(méi)有在本文中標(biāo)注。謝萊實(shí)驗(yàn)比起其他樁路堤實(shí)驗(yàn)有一些優(yōu)勢(shì)，例如設(shè)置了沒(méi)有樁強(qiáng)化的壓縮性土對(duì)照區(qū)域，該實(shí)驗(yàn)還同時(shí)設(shè)立了兩種不同的加筋層，也進(jìn)行了樁的軸線加載實(shí)驗(yàn)。對(duì)照組（1R和2R）可以用來(lái)直接評(píng)估兩個(gè)樁和土工加筋層強(qiáng)化區(qū)域（3R和4R圖2所示）的效果。為了完成這個(gè)目的，對(duì)照區(qū)和強(qiáng)化區(qū)采用相同的加載條件，2R區(qū)域只布置了樁但是沒(méi)有加筋強(qiáng)化。 3.1.土壤條件 進(jìn)行了一些原位和室內(nèi)土體觀測(cè)實(shí)驗(yàn)，原位測(cè)試、鉆孔、CPT和壓力測(cè)試來(lái)定義地質(zhì)剖面。計(jì)程儀、三軸和壓力表測(cè)試來(lái)測(cè)定土體的巖土參數(shù)，測(cè)試記過(guò)列入表1。最終狀態(tài)是在構(gòu)造完成后兩周內(nèi)獲得，沖積土的快速固結(jié)性質(zhì)也通過(guò)壓力計(jì)

15、的記錄數(shù)據(jù)被驗(yàn)證，更多的變形在路堤建造過(guò)程中被記錄。3.2.樁壓力測(cè)試單樁力學(xué)特性分析顯示了樁土相互作用對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性產(chǎn)生顯著的影響(Said et al.,2009)。樁分析的基本原理依靠基于室內(nèi)和全比例原位實(shí)驗(yàn)觀察數(shù)據(jù)總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)公式(Randolph, 2003)。測(cè)試樁可直接定量化為荷載沿著樁身分布，軸線荷載和表面摩擦莊圖相互作用能被定義。為了達(dá)到此目的謝萊實(shí)驗(yàn)建立了兩個(gè)軸向測(cè)試樁，測(cè)試結(jié)果可以用圖6中找到，其中一個(gè)樁不能到達(dá)堅(jiān)硬的持力層（浮樁），另一個(gè)樁被嵌入堅(jiān)硬碎石砂層0.4m。兩種截面的樁不同的側(cè)向摩擦極限qs被確定在浮樁測(cè)試中，這個(gè)極限側(cè)向摩擦符合樁周土通過(guò)摩擦傳遞的最大荷載

16、。樁端承最大荷載通過(guò)嵌入樁實(shí)驗(yàn)測(cè)定，試驗(yàn)中樁的承載力主要有樁端阻力提供。低于極限的側(cè)向摩擦仍然由浮樁測(cè)定。解析法許多當(dāng)前設(shè)計(jì)方法通過(guò)評(píng)估樁土之間土拱效應(yīng)提供了計(jì)算應(yīng)力效應(yīng)或應(yīng)力變化速率的計(jì)算方法，大多數(shù)描述為一個(gè)三維問(wèn)題(Combarieu, 1988; Russell et al., 2003;Chen et al., 2008a)，在真實(shí)應(yīng)有中也是必要的(Kempton et al., 1998)。另一些學(xué)者僅考慮為二維平面問(wèn)題(Low et al., 1994)。樁支撐的壓力功效E被定義與樁頂路堤重量成比率（公式（1）.壓力減小速率定義為與地基土平均應(yīng)力和在樁頂層路堤提供的總體平均應(yīng)力成

17、比例。（公式2） （1） （2）（3）這里的和分別是樁的負(fù)載和應(yīng)力，W是路堤的重量，A是單個(gè)結(jié)構(gòu)面的面積，和分別是路堤的高度和重度，是基礎(chǔ)土體的應(yīng)力，是樁的橫截面積。一些應(yīng)用于謝萊實(shí)驗(yàn)的解析方法的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)照。本文中用到的方法包括適合太沙基理論的由Combarieu(1988, 2008)提出的方法、修改的馬其頓公式（2D）和休利特蘭多夫公式（3D），這些全部適合于BSB8006（2010)規(guī)范，Kempfert et al. (2004)方法被EBGEO(2003)和Filz and Smith (2007 GeogridBridge method)所接受。4.1.1計(jì)算假定解析計(jì)

18、算所用到的參數(shù)在表1中給出。大多數(shù)解析方法僅要求路堤填土的參數(shù)，GeogridBridge 和EBGEO方法用到的地基土的剛度和地基反力在不強(qiáng)化區(qū)域R1測(cè)得，其中=2940KPa、，土工格柵的構(gòu)造和尺寸見(jiàn)圖2所示。4.2.分析結(jié)果對(duì)比解析結(jié)果和實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果如圖3所示。解析結(jié)果顯示隨著路堤高度的增加應(yīng)力效能也增加。對(duì)于2R區(qū)域沒(méi)有荷載傳遞平臺(tái)，多有的解析方法都過(guò)高估計(jì)了土拱效應(yīng)的影響，解析法與實(shí)測(cè)結(jié)果在最終狀態(tài)差異最小的是Combarieu (2008)的方法，而這種方法這過(guò)高的估計(jì)了72%。非常重要的一點(diǎn)需要重申大多數(shù)解析方法沒(méi)有考慮路堤內(nèi)聚強(qiáng)度，僅僅Combarieu的方法考慮在內(nèi)。Okya

19、y 和Dias (2010)觀察到隨著路堤填土粘聚力的增加系統(tǒng)應(yīng)力效能也隨之增加，因此，沒(méi)有考慮粘聚力的影響的解析方法得到的結(jié)果會(huì)低于真實(shí)應(yīng)力效能。這些設(shè)計(jì)方法用于分析區(qū)域2R時(shí)，僅有EBGEO和GeogridBridge方法考慮了土工合成材料加筋層在計(jì)算應(yīng)力效能時(shí)的影響。因此，實(shí)驗(yàn)區(qū)域3R和4R的結(jié)果分析僅對(duì)比了這兩種典型的方法的結(jié)果，因?yàn)橛?guó)規(guī)范BSB8006認(rèn)為土工材料必須放置在樁上，這種方法并沒(méi)有在加筋區(qū)域測(cè)試，因?yàn)檫@種方法不能在現(xiàn)場(chǎng)原位實(shí)驗(yàn)中測(cè)試土工合成材料的應(yīng)力和應(yīng)變，為了設(shè)計(jì)目的，該規(guī)范要求加筋材料計(jì)算必須承擔(dān)整個(gè)路堤的殘余應(yīng)力而不由地基土分擔(dān)，這在實(shí)驗(yàn)中是明顯不適用的。對(duì)區(qū)域3

20、R和4R的分析記過(guò)顯示由于額外的加筋應(yīng)力效能會(huì)增加，計(jì)算增加的應(yīng)力效能EBGEO方法大于GeogridBridge方法，在最終狀態(tài)時(shí)，EBGEO計(jì)算的3R、4R應(yīng)力效能增加分別為69%和78%，而GeogridBridge方法計(jì)算的應(yīng)力效能增加分別為37%和45%。4R區(qū)域的應(yīng)力效能高于3R區(qū)域是因?yàn)槎鄬蛹咏罱Y(jié)構(gòu)的合成剛度增加，EBGEO也顯示在初試加載時(shí)這種重要的應(yīng)力效能增加的響應(yīng)，而到達(dá)某一點(diǎn)后，看起來(lái)會(huì)到達(dá)閾值。而GeogridBridge則是相當(dāng)不同不同，在這種方法中，應(yīng)力效能是以恒量直線演化的。以上結(jié)果都是沒(méi)有考慮樁基土相互作用情況下得到的，僅GeogridBridge提供了這種作用

21、的情況。如果這種情況被激活，如果界面強(qiáng)度增強(qiáng)，加筋對(duì)于應(yīng)力效能的影響將減弱是由于被動(dòng)表面摩擦的作用導(dǎo)致地基土卸載，因此地基土的變形將減小。3R和4R實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)照如表2所示顯示了GeogridBridge在所有測(cè)試區(qū)域內(nèi)低估了應(yīng)力效能，另一方面EBGEO得到了4R區(qū)域的滿意結(jié)果但是同樣低估了區(qū)域3R的結(jié)果。水平多層加筋分析方法為通過(guò)假設(shè)整體剛度等于加筋層的剛度與層數(shù)的乘積，這些方法沒(méi)有考慮水平加筋層的加筋模式和配置形態(tài)，事實(shí)上通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出使用一層加筋時(shí)，用更小的剛度得到了比二層更好的應(yīng)力效能，這個(gè)結(jié)果與解析法得到的相反，增強(qiáng)可能因?yàn)槎鄬蛹咏顚又g存在差異要考慮融合折減作用。數(shù)值模擬有限差分

22、數(shù)值模型被用來(lái)模擬謝萊實(shí)驗(yàn)，目的精確描述樁承路堤的力學(xué)特性，這里運(yùn)用了基本演繹法和通用模型在FLAC3D中模擬，這些模型模擬加筋土的力學(xué)特性通過(guò)精確的考慮（1）土和連接處的土工性質(zhì)（2）樁的特性（3）每個(gè)測(cè)試區(qū)域的結(jié)構(gòu)。5.1.數(shù)值模型有限差分的基本單元如圖4所示，沿樁身將樁劃分為3200個(gè)網(wǎng)格，如圖4a所示被用于路堤的四個(gè)區(qū)域。這樣一個(gè)單元代表樁周的四分之一區(qū)域，這個(gè)簡(jiǎn)單化的結(jié)構(gòu)按以樁為中心區(qū)域的對(duì)稱性進(jìn)行調(diào)整得來(lái)（Mestat, 1997)，另一種數(shù)值模型見(jiàn)圖4b為了測(cè)試樁而設(shè)計(jì)，在這個(gè)模型中提出了橫向邊界放在距離樁15倍樁徑的位置縱向不低于樁尖10倍樁徑距離。整體模型通過(guò)按實(shí)際情況重復(fù)幾

23、個(gè)粗略的基本單元來(lái)構(gòu)建如圖4c、d、e所示，這種修改模型引起與初始單元5%的差異，這種嚙合減少了整體模型的尺寸約445000個(gè)網(wǎng)格。水平和豎向位移在模型的側(cè)向邊界和底部分別被約束，路堤填土和基礎(chǔ)看作是線彈性的，完全符合摩爾庫(kù)倫屈服準(zhǔn)則。軟土用修正的計(jì)算機(jī)生成的粘土本構(gòu)模型模擬，樁也看作是線彈性的。由于空隙水壓快速的消散，所有計(jì)算按排水條件進(jìn)行。5.2.土體壓縮性圖5展示了與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相對(duì)照的區(qū)域1R的數(shù)值模擬結(jié)果，沉降數(shù)據(jù)通過(guò)4個(gè)不同深度相對(duì)應(yīng)的磁性沉降觀測(cè)計(jì)來(lái)測(cè)量。如圖表中所示，不加筋區(qū)域的沉降比較準(zhǔn)確的被數(shù)值模型模擬，不過(guò)仍然可以看出稍微的高估了，導(dǎo)致這種差距的原因主要因?yàn)閿?shù)值模擬結(jié)構(gòu)不能考

24、慮橫向荷載的損耗。5.3樁的荷載數(shù)值模擬經(jīng)常被采用來(lái)對(duì)樁的力學(xué)性質(zhì)尤其樁土系統(tǒng)力學(xué)機(jī)制有更深的理解(Bransby and Springman, 1996; Comodromoset al., 2009; Said et al., 2009). 為了更好的研究，常規(guī)樁的側(cè)摩阻極限通過(guò)裝有感知裝備的測(cè)試浮樁來(lái)確定。在數(shù)值模型中，樁身采用摩爾庫(kù)倫破壞準(zhǔn)則，內(nèi)摩擦角為零粘聚力在表3中列出，可得到兩種不同截面樁的滑動(dòng)摩擦極限，軸的兩部分產(chǎn)生恒定的摩擦在實(shí)驗(yàn)中也得到證實(shí)。模擬結(jié)果顯示嵌入樁的荷載變形曲線與實(shí)驗(yàn)是比較吻合的如圖6所示，驗(yàn)證了關(guān)于軟土的剪切特性以及基礎(chǔ)的剛度和抗力的假設(shè)。這些初步的模擬是復(fù)雜

25、但是非常重要的因?yàn)檫@些模擬確定了土體的壓縮特性和抗剪強(qiáng)度，也有效證實(shí)了這些有待改進(jìn)的模型能很好的預(yù)測(cè)不加筋區(qū)域以及嵌入樁群的特性。5.4.樁承加筋區(qū)域的應(yīng)力和沉降用應(yīng)力效能E來(lái)評(píng)價(jià)系統(tǒng)的性能是常用的措施，盡管這種評(píng)價(jià)僅表面樁身的荷載傳遞。沉降效能ET將在這章節(jié)被用來(lái)描述結(jié)果，這個(gè)參數(shù)被定義通過(guò)樁的沉降與樁自身變形的比值來(lái)確定（公式4）（4）這里SP和Swp分別是包括樁自身的土體沉降以及不包括樁自身變形的沉降，這個(gè)參數(shù)給出了土體強(qiáng)化的綜合評(píng)價(jià)。它考慮了樁端阻力和樁身摩擦以及下層土壓縮性的影響。圖7給出了在基本單元模型和整體模型兩種數(shù)值模型中的應(yīng)力效能。整體模型的效能通過(guò)三個(gè)位于三個(gè)區(qū)域的測(cè)試樁測(cè)

26、定，沉降如圖10所示僅給出出了樁頂橫斷面層處的沉降。不論基本單元模型還是整體模型對(duì)2R區(qū)域預(yù)測(cè)都比實(shí)測(cè)應(yīng)力效能要高，因此沉降被過(guò)高的計(jì)算了。基本單元模型模型對(duì)區(qū)域3R和4R的模擬顯示比區(qū)域2R的應(yīng)力效能要高，是由于水平加筋層的影響。總之，對(duì)這些區(qū)域的荷載傳遞測(cè)量被過(guò)低評(píng)價(jià)了。另一方面，沉降效能顯示對(duì)于加筋土性能的模擬是比較合理的預(yù)測(cè)，整體模型的運(yùn)用增加了預(yù)測(cè)的效果。對(duì)稱的假設(shè)在基本單元模型中的運(yùn)用被證明在規(guī)則整齊的強(qiáng)化路堤中是比較滿意的(Jenck et al., 2009a)，在不規(guī)則結(jié)構(gòu)中，比如當(dāng)前實(shí)驗(yàn)，整體數(shù)值模型特定的一些假設(shè)必須被修改。舉例說(shuō)明，整體模型的結(jié)果顯示不加筋區(qū)域附近的檢測(cè)

27、樁是處在超載的狀態(tài)下（見(jiàn)圖7和表4）這種超載現(xiàn)象也被發(fā)現(xiàn)在臨近中軸線附近（F/D/E樁圖2所示），如圖8所示，在這種情況下，應(yīng)力效能比基本單元模型獲得的要高，對(duì)此解釋為通過(guò)這種方式應(yīng)力效能被這些樁過(guò)多計(jì)算了，這種影響邊界樁比在樁群中的樁要大。圖9顯示了中心和邊緣樁頂?shù)呢Q向應(yīng)力實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬結(jié)果的對(duì)比，圖證實(shí)了不管是實(shí)驗(yàn)的還是數(shù)值模擬的，邊緣樁屈服需要更大的應(yīng)力。大量邊緣邊緣樁的相關(guān)位移被觀測(cè)（圖10），大量實(shí)驗(yàn)表明當(dāng)模擬群樁時(shí)，差異沉降決定應(yīng)力效應(yīng)，邊緣樁遵循這個(gè)規(guī)律直到路堤構(gòu)造過(guò)程中一根樁破壞，在邊緣樁尖以下底層土被發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)剪切破壞，這會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力效應(yīng)的減小。回顧之前所述重要一點(diǎn)，在分析研究中

28、提到，單獨(dú)的高強(qiáng)度底部加筋層比二層配置在樁頂上的加筋層有更好的應(yīng)力效能，甚至應(yīng)變效能也有相同的規(guī)律（表5所示）說(shuō)明這兩種構(gòu)造的機(jī)制是不同的。圖11顯示了四根樁的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)數(shù)據(jù)，這些觀測(cè)值在3R和4R區(qū)域樁頂層荷載傳遞平臺(tái)上測(cè)得，顯示了雖然在傳遞平臺(tái)之上加筋區(qū)域的應(yīng)力值時(shí)相同的，但是在傳遞之后的地基土體中的應(yīng)力是相當(dāng)不同的，結(jié)果說(shuō)明樁的作用方式是不同的。圖12a給出了樁頂位移和軸線樁頂荷載之間的關(guān)系，通過(guò)數(shù)值分析結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比可以看出樁荷載位移的模擬效果很好，當(dāng)嵌入式測(cè)試樁的觀測(cè)值與數(shù)值模擬結(jié)果重疊在一起時(shí)，可以清楚的看到反應(yīng)低值可以近似的描述路堤樁的特性，這個(gè)結(jié)果表明樁的荷載試驗(yàn)是非常重要

29、的實(shí)驗(yàn)用來(lái)預(yù)測(cè)樁承路堤填土的性質(zhì)。圖12b表明了ET 和SRR關(guān)系。整體模型和基本單元模型數(shù)值分析結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)放在一起，整體模型在路堤三個(gè)樁承加筋強(qiáng)化區(qū)的中心被記錄，這張圖顯示了實(shí)驗(yàn)觀察土體應(yīng)力應(yīng)變趨勢(shì)可以通過(guò)數(shù)值模擬較好的進(jìn)行模擬。另一個(gè)重要的發(fā)現(xiàn)是加筋土體中很小的應(yīng)力減小會(huì)產(chǎn)生很可觀的沉降減低。應(yīng)力效能是傳統(tǒng)的參數(shù)來(lái)評(píng)估剛性包含物和測(cè)量拱效應(yīng)。不過(guò)這個(gè)結(jié)果也顯示應(yīng)變效能ET是一個(gè)象征參數(shù)來(lái)說(shuō)明強(qiáng)化系統(tǒng)的整體性能。這兩個(gè)量之間的關(guān)系顯示我們方案的應(yīng)變效能為0.8，是應(yīng)力減少速率0.4的兩倍。 5.4.1橫向位移圖13給出了測(cè)量和計(jì)算的側(cè)向位移圖通過(guò)每個(gè)區(qū)域中間路堤底部安置的傾角儀來(lái)測(cè)量（圖

30、2）數(shù)值解析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果與Bourges et al.(1980)的解析方法結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，該解析方法在法國(guó)為了基礎(chǔ)設(shè)計(jì)而提出“Fascicule 62-V” (1993).這種方法通常被叫做“g（z）方法”包括運(yùn)用公式計(jì)算不同深度的側(cè)向變形。這里的Z是深度，D是土層厚度以及t是路堤構(gòu)造結(jié)束后的時(shí)間G（Z）是固定作用和是分別是路堤施工階段和完成之后的最大側(cè)向位移，根據(jù)土體不排水抗剪強(qiáng)度以及路堤的規(guī)模尺寸來(lái)計(jì)算的，而是根據(jù)路堤中心點(diǎn)的實(shí)測(cè)結(jié)果確定。對(duì)于我們的假設(shè)，將從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中得到并被用來(lái)確定強(qiáng)化區(qū)域（2R-4R）的。對(duì)于不強(qiáng)化區(qū)域（1R），包括施工和工后位移。將數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)橫

31、向位移曲線與數(shù)值模擬相擬合，對(duì)1R區(qū)域，峰值在距離水平面2m處。在加筋區(qū)域則是不同的，最大水平位移被記錄在表層，對(duì)1R區(qū)域的量化是非常精確的。不過(guò)樁承加筋區(qū)域的橫向位移小于實(shí)驗(yàn)測(cè)得記錄，這種過(guò)小的評(píng)估直接與在路堤中心處較低數(shù)值分析沉降有關(guān)。解析方法預(yù)測(cè)峰值變形在所有區(qū)域都近似出現(xiàn)在2m深的地方，實(shí)驗(yàn)和數(shù)值解析結(jié)果顯示這個(gè)預(yù)測(cè)只有在非強(qiáng)化區(qū)域是可靠的。其他區(qū)域不同的特性不能采用解析方法，原因是這種方法的公式?jīng)]有考慮地層的不均勻性。不過(guò)這種方法為設(shè)計(jì)提供了一個(gè)很好的預(yù)測(cè)尤其對(duì)2R區(qū)域非常有用。圖13和表6給出了最大豎向和側(cè)向位移這兩個(gè)參數(shù)直接的比例，這些值提供給了實(shí)驗(yàn)結(jié)果解析結(jié)果以及數(shù)值分析結(jié)果，可以看出，在數(shù)值解析中橫向和豎向位移之間的關(guān)系與實(shí)驗(yàn)測(cè)得的是相似的。這個(gè)結(jié)果再次驗(yàn)證了發(fā)展模型的可靠性。為了模擬路堤中部的加筋土的特性，這個(gè)觀察到的比例被運(yùn)用來(lái)預(yù)測(cè)甚至一個(gè)基本單元的最大側(cè)向變形。討論我們都知道的不同模型得到的許多結(jié)果，由于實(shí)際原位實(shí)驗(yàn)的3D性質(zhì)，只有3D整體模型能精確的復(fù)制謝萊實(shí)驗(yàn)的結(jié)果特性。這個(gè)模型符合實(shí)驗(yàn)測(cè)量不過(guò)需要考慮復(fù)雜結(jié)構(gòu)和相互作用在全比例實(shí)驗(yàn)中。在2R區(qū)域上采用數(shù)值模擬的應(yīng)力效能與實(shí)驗(yàn)所測(cè)之間的差異可能由于假定數(shù)值模型的連續(xù)性導(dǎo)致。樁頂部區(qū)域的節(jié)點(diǎn)不允許以樁軸滑動(dòng)由于它們實(shí)際上與荷載傳遞平臺(tái)相連接。一些學(xué)者包括Chevalier (2008)和Jenck et