桩承式路堤的理论与数值研究

论文摘要

软土由于其压缩性高和抗剪强度低,一般不宜作为建筑物的地基。建造于软土上的路堤由于其荷载较大,会产生一系列的问题,诸如承载力不足,差异沉降过大,侧向压力过大等导致的施工期延长或过早发生破坏等。当在软土上建造路堤时,应采用特殊的施工方法以保证路堤安全。桩承式平台为在软土上建造路堤、挡土墙和储油罐等提供了经济有效的解决办法,尤其是施工工期要求紧且变形要求严格的条件下更显示出其优势。本文对桩承式路堤进行了理论分析和数值模拟研究。近十年来,复合地基尤其是多桩型复合地基已经得到了广泛的应用。多桩型复合地基就是采用多种不同的桩所形成的复合地基,其桩长和桩径可能都不一样。长桩通常比短桩的强度高,与常规的刚性的混凝土类桩的用法相似,即桩端尽量置于硬土层,充分调动深部土层的承载力。另一方面,柔性桩加固浅层的地基土。这样,就可以达到同时加固浅层地基土和充分利用深层地基土的承载力的目的。首先,本文对于建造于软土地基上的粒状材料填筑的路堤提出了理论分析方法,软基采用正方形布置的桩和土工合成材料进行联合加固。该方法与Low提出的方法比较相似,但是,作了以下改进:假设路堤填土承受了均布的超载,每个桩顶均有一个方形的承台,考虑土与土工合成材料的界面摩阻力。与目前已有的方法相比,本文所提出的方法更简单,而且不需要对未知参数进行试算来求解。该方法的分析结果表明,土工合成材料的存在,可以增加桩所承担的荷载,也就是提高了桩的效率。而且桩所分担的荷载随着桩顶承台的面积比的增加而增加。对于某一个固定的面积比,当路堤填土的高度与桩承台的距离之比较大时,桩分担荷载的效率达到最大值。与现有方法的计算比较表明,结果与Low提出的方法的结果比较一致。英国规范BS8006和Guido方法在二维情形下高估了作用在土工合成材料上的竖向应力,且低估了桩分担荷载效率和应力集中比。其次,为了研究多桩型复合地基在不同的荷载分布下的承载及变形特性,本文采用有限元分析软件PLAXIS 3D FOUNDATION对多桩型复合地基进行了载荷试验模拟。数值模拟中,通过改变桩长、桩径和垫层厚度等参数,详细探讨了多桩型复合地基在不同荷载作用下的变形规律。同时还探讨了垫层对荷载沉降曲线特性的影响。研究分析结果总结成为一系列图表,可应用于工程实践。最后,采用有限元软件PLAXIS对多桩型支承的路堤的固结特性进行了二维有限元分析。对参数的分析研究表明,多桩型的组合显示出了非常显著的效果。详细地探讨了孔隙水压力的上升和消散规律,沉降、水平位移、差异沉降以及桩的轴向力变化规律。本文的研究成果对桩承式路堤的理论研究以及工程应用均有较重要的指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• Table of Contents
• List of Notations
• 1 Introduction
• 1.1 Background
• 1.2 Benefits and Application Fields of CSE
• 1.3 Importance of the Study
• 1.4 Main Works of the Study
• 2 Literature Review
• 2.1 Introduction
• 2.2 Design Methods
• 2.3 Case Studies
• 2.4 Numerical Modeling
• 2.5 Ground Improvement Techniques
• 3 Numerical Modeling
• 3.1 Introduction
• 3.2 Methods of Analysis
• 3.3 Fundamentals of Discretization
• 3.4 PLAXIS-Finite Element Modeling
• 4 Analysis of Column-Supported Embankment Reinforced with Geosynthetics
• 4.1 Introduction
• 4.2 Theoretical Study
• 4.3 Case Study
• 4.4 Comparison Results
• 5 Load Capacity of Multi-Column Composite Foundation
• 5.1 Introduction
• 5.2 Numerical Modeling
• 5.3 Results and Discussions
• 6 Finite Element Modeling of the Consolidation Behavior of Multi-Column Supported Embankment
• 6.1 Introduction
• 6.2 Plane Strain Finite Element Analysis
• 6.3 Results and Discussions
• 7 Conclusions and Recommendations
• 7.1 Conclusions
• 7.2 Recommendations
• Acknowledgement
• References
• Publications