填方路基下长短桩复合地基沉降特性研究

论文摘要

随着复合地基技术在我国土木工程建设中的推广应用,复合地基概念和理论得到了较大的发展。长短桩复合地基技术是近几年发展起来了的一种新型的复合地基技术,目前较多应用于刚性基础下软土地基的加固处理。鉴于该技术在控制沉降方面的显著优点,工程界正尝试将其应用于高速公路填方路基下软土地基的加固处理。但现阶段的复合地基沉降变形理论以桩土变形一致为前提条件,适用于刚性基础下的复合地基。而柔性基础下的复合地基桩顶端刺入褥垫层和桩底端刺入持力土层的现象明显,桩土变形不一致,运用现阶段复合地基理论计算的沉降量与实测值常有较大的出入。另外,柔性基础下群桩复合地基控制沉降的机理及作用与单桩复合地基有很大的差别。所以,从桩土共同作用分析理论和群桩分析理论出发,进一步研究填方路基下长短桩复合地基的沉降特性具有重要的实际意义。本文从理论分析和数值计算分析两方面,对其展开了研究。(1)首先分析了长短桩复合地基的研究现状,指出了目前其研究中存在的问题,并对现阶段长短桩复合地基的设计方法进行了讨论。(2)通过分析比较传统的长短桩复合地基沉降计算方法,寻找出各自的特点和适用范围；推导了联合明德林解和布辛奈斯克解计算复合地基沉降的方法；并分析了填方路基下长短桩复合地基沉降计算的影响因素。(3)介绍了桩—土共同作用的分析方法,并指出各自的特点和适用范围；基于桩土共同作用分析理论和群桩分析理论,建立了一种全面考虑长短桩、桩间土及褥垫层共同作用的计算模型。在此模型中,土体采用摩尔—库仑塑性模型,桩体采用弹性模型,桩土共同作用通过设置非线性的剪切耦合弹簧和法向耦合弹簧来模拟,褥垫层的作用采用温克尔分布弹簧来模拟。(4)利用大型数值分析软件FLAC3D对本文建立的模型进行了计算,计算结果与载荷试验结果吻合较好,证明了本文建立的模型是合理的,同时也验证了FLAC3D模拟分析填方路基下长短桩复合地基的可行性。(5)利用FLAC3D分析了填方路基分层填筑过程中桩、土的沉降规律,分析表明,桩体沉降随路基荷载的增大而大致呈线性变化,而桩间土的沉降特性受桩间距影响很大,当桩间距较小时,桩间土的弹性表现明显,但当桩间距较大时,桩间土的塑性表现明显。(6)利用FLAC3D分析了长短桩复合地基工后沉降的影响因素(如桩间距、桩长、垫层模量、桩端持力层模量等),结果表明,对于控制工后沉降,长短桩桩长、桩间距、垫层模量和桩端持力层模量均存在最佳值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究目的及意义
• 1.2 控制路基工后沉降理论与技术概述
• 1.2.1 控制路基工后沉降理论
• 1.2.2 控制路基工后沉降技术
• 1.3 长短桩复合地基研究现状
• 1.3.1 复合地基简介
• 1.3.2 长短桩复合地基研究现状
• 1.4 本文的主要工作内容
• 2 填方路基下长短桩复合地基的沉降计算分析
• 2.1 引言
• 2.2 传统的长短桩复合地基沉降计算方法
• 2.3 布辛奈斯克解和明德林解简介
• 2.3.1 布辛奈斯克解
• 2.3.2 明德林解
• 2.4 联合应力法求解长短桩复合地基沉降
• 2.4.1 桩间土表面荷载产生的附加应力
• 2.4.2 桩身荷载产生的附加应力
• 2.4.3 长短桩复合地基沉降计算深度的确定
• 2.4.4 长短桩复合地基的沉降计算
• 2.4.5 长短桩复合地基沉降计算的影响因素
• 2.5 本章小结
• 3 填方路基下长短桩复合地基的桩土共同作用分析
• 3.1 引言
• 3.2 单桩—土的共同作用分析
• 3.2.1 剪切位移法简介
• 3.2.2 传递函数法简介
• 3.2.3 弹性理论法简介
• 3.3 群桩与土体共同作用分析
• 3.3.1 群桩与土体共同作用的相关理论
• 3.3.2 计算模型的建立
• 3.4 本章小结
• 4 数值分析方法介绍及计算模型的验证
• 4.1 FLAC3D的介绍
• 4.1.1 FLAC3D简介
• 4.1.2 FLAC3D有限差分法求解的基本原理
• 4.1.3 FLAC3D的材料本构模型
• 4.1.4 FLAC3D的计算模式
• 4.2 计算模型的验证
• 4.2.1 复合地基载荷试验
• 4.2.2 数值计算结果的对比分析
• 4.3 本章小结
• 5 填方路基下长短桩复合地基沉降特性数值分析
• 5.1 引言
• 5.2 填方路基下长短桩复合地基计算模型
• 5.2.1 工程概况
• 5.2.2 计算模型及网格划分
• 5.2.3 边界条件
• 5.2.4 接触面处理
• 5.2.5 计算参数的选取
• 5.3 填方路基下长短桩复合地基沉降数值分析
• 5.3.1 与天然地基、全短桩复合地基及全长桩复合地基的工后沉降比较
• 5.3.2 路基分层填筑施工模拟
• 5.3.3 桩间距对长短桩复合地基工后沉降的影响
• 5.3.4 褥垫层模量对长短桩复合地基工后沉降的影响
• 5.3.5 桩长对长短桩复合地基工后沉降的影响
• 5.3.6 桩端持力层模量对长短桩复合地基工后沉降的影响
• 5.4 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 研究工作展望
• 参考文献
• 个人简历
• 致谢