碎石桩复合地基的试验研究及数值模拟

论文摘要

为了适应经济的快速发展,一些基础设施诸如道路交通建设也就不可避免的跟上时代的步伐。但是由于中国地域辽阔,不良地质情况经常可见,而在这些地方修建高速公路,软基处理是必不可少的。碎石桩是一种常用处理软土地基的形式,它的适用面广,与其它地基处理形式相比成本相对较低,因此被大量使用。本文通过对碎石桩单桩和复合地基的原位试验（静载荷试验、重型Ⅱ动力触探密实度试验、瑞雷波试验）,用其它地区标准贯入击数N 63.5和剪切波速Vs的关系模型,进行了碎石桩复合地基处理前后的承载力和沉降计算,得出了一些规律。本文主要完成以下几方面的工作:（1）通过阅读碎石桩复合地基的相关文献,了解了它的国内外研究现状,指出了其存在的问题和研究的重要意义,提出了本文的研究思路和计算方法。（2）阐述了各个试验的理论基础、试验方案和质量控制标准,做了部分现场试验,并分别在承载力和沉降计算中建立了它们各自之间的相互关系。试验表明:①当碎石桩置换率较小时,对复合地基承载力的提高较小,在某种程度上很难达到设计的要求,选择合理的置换率对地基处理效果的好坏有直接的影响。通过在碎石桩上铺设砂垫层,发现地基的承载力提高了很多,而且提高的程度与砂垫层的厚度有关。②通过碎石桩复合地基的直接法和间接法静载荷试验,发现二者的检测结果差别较大,直接法检测的承载力比间接法大,这验证了理论的正确性,并建立了二者之间的回归关系表达式。③通过瑞雷波波速与重型Ⅱ触探试验结果,结合其它地区标准贯入锤击数N 63.5与剪切波速Vs的关系模型,首先计算了复合地基的承载力,并与直接法的静载荷试验的结果进行了对比分析,建立了二者之间的回归关系式;然后通过被检测段落地基沉降计算,用复合模量法建立了压缩模量与瑞雷波波速之间的回归关系。④通过静载荷试验,对复合地基的桩土应力比n进行了计算和理论分析,得出了桩土应力比n的变化范围,为以后类似工程的设计提供一定的参考价值。（3）通过对碎石桩复合地基p-s曲线和桩土应力比n的数值模拟分析,发现数值模拟的p-s曲线和桩土应力比n与静载荷试验的结果基本上是吻合的,可以为将来的试验做一定理论的指导,来达到节约成本、节省工期的目的。（4）总的来讲,通过对碎石桩复合地基试验与数值模拟,可为呼和浩特地区碎石桩的设计和施工做一些经验和理论指导,可做为一些工程的参考资料。最后,作者对所研究的内容作了总结,指出当前存在的一些问题,并对今后需要开展的工作提出了一些建议。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 碎石桩复合地基国内外发展现状
• 1.3 瑞雷波的国内外发展现状
• 1.4 碎石桩的有限元分析国内外发展现状
• 1.5 本文的工作
• 第二章 碎石桩复合地基理论
• 2.1 碎石桩复合地基破坏机理
• 2.2 复合地基承载力计算理论
• 2.2.1 面积比法
• 2.2.2 应力比法
• 2.3 复合地基沉降计算理论
• 2.4 瑞雷波检测复合地基基本理论
• 2.4.1 瑞雷波基础理论
• 2.4.2 瑞雷波检测复合地基理论
• 2.5 本章小结
• 第三章 碎石桩复合地基现场试验
• 3.1 现场工程地质资料概况
• 3.2 碎石桩施工工艺及质量控制
• 3.2.1 施工设备与施工工艺
• 3.2.2 质量控制
• 3.3 碎石桩复合地基效果检验
• 3.3.1 碎石桩的质量检查
• 3.3.2 碎石桩加固效果的检测
• 3.3.3 质量评定标准
• 3.3.4 检验基本项目
• 3.4 动力触探试验
• 3.5 碎石桩复合地基静载荷试验
• 3.5.1 软基处理目的及设计要求
• 3.5.2 检测依据
• 3.5.3 检测仪器和设备
• 3.6 瑞雷波波速试验
• 3.6.1 基本原理
• 3.6.2 检波仪器
• 3.6.3 测定方法
• 3.6.4 室内资料分析
• 3.7 小结
• 第四章 碎石桩复合地基试验结果及分析
• 4.1 208 高速公路集丰段试验结果分析
• 4.1.1 碎石桩处理后的p-s 曲线图（间接法检测）
• 4.1.2 用碎石桩处理后试验结果
• 4.1.3 加50cm 砂垫层后的试验结果
• 4.1.4 加100cm 砂垫层后的试验结果
• 4.1.5 碎石桩处理前后及加砂垫层承载力对比分析
• 4.1.6 碎石桩处理前后加固区沉降计算及分析
• 4.2 呼和浩特绕城高速公路段试验结果
• 4.2.1 K55+500～K56+400p-s 关系曲线图（间接法）
• 4.2.2 K32+850～K34+100 段p-s 关系曲线图（间接法）
• 4.2.3 复合地基静载荷试验的平面布置图
• 4.2.4 复合地基静载荷试验结果
• 4.3 重型II 动力触探和瑞雷波检测结果及分析
• 4.4 瑞雷波检测呼和浩特绕城高速承载力结果与静载荷试验结果对比分析
• 4.5 呼和浩特绕城高速加固区沉降计算分析
• 4.5.1 瑞雷波波速与路基土变形模量的关系
• 4.5.2 呼和浩特绕城高速原土的沉降计算
• 4.5.3 呼和浩特绕城高速处理后用应力修正法的沉降计算
• 4.5.4 呼和浩特绕城高速处理后用复合模量法的沉降计算
• 4.5.5 呼和浩特绕城高速处理后用瑞雷波法的沉降计算
• 4.5.6 呼和浩特绕城高速处理后几种沉降计算方法的对比分析
• 4.6 碎石桩复合地基桩土应力比 n 计算分析
• 4.7 小结
• 第五章 碎石桩复合地基的数值模拟
• 5.1 ABAQUS 有限元软件简介
• 5.2 碎石桩复合地基的二维有限元计算模型
• 5.3 P-s 曲线模拟结果分析
• 5.4 桩土应力比数值模拟分析
• 第六章 结论与展望
• 6.1 本文结论
• 6.1.1 通过对集丰段静载荷试验结果可知
• 6.1.2 通过呼和浩特绕城高速公路的检测结果可知
• 6.2 需要进一步开展工作
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 攻读硕士学位期间发表的论文