超轻材料桩复合地基处理软基的可行性研究

论文摘要

在软土地基处理方法中,刚性桩复合地基由于桩体自重及刚度过大的缘故容易发生刺入破坏,甚至在施工成桩期间就深陷于软基中不能起到处理地基的作用;散体类的柔性桩复合地基往往由于桩间土不能提供足够大围压而发生鼓胀破坏;排水处理方法需要足够宽裕的工期;换填法一般只是针对浅层软土等等。论文根据极软的软土地基处理的需要,避免现有软基处理方法的不足,提出了应用超轻材料作为复合地基竖向增强体进行软土地基处理的新方法。本文应用MARC有限元分析软件试算出在拟定工况下的超轻材料桩体的基本参数。根据数值计算得到的桩体材料参数,在工程实际中优选可行材料,首选聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)。EPS在处理软基中利用其独特的物理力学性质减小土中附加应力以及提供一定的上浮力来达到处理效果并且能够很好地避免普通处理方法的不足。通过有限元对比分析发现在极软的路基中,当普通材料桩复合地基和超轻材料桩复合地基达到同等的处理效果时,前者的桩长要远长于后者的桩长;通过离心模型试验,对EPS桩复合地基的受力变形以及破坏形态做了较为系统的研究,并且和未处理软基的沉降变形进行对比分析,EPS桩复合地基以其平缓的地表沉降和良好的工作状态显示了良好的软土地基处理效果。分析成果表明采用超轻材料桩复合地基处理软基是可行的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 软土及软土地基处理概述
• 1.1.1 软土的定义及其成因类型
• 1.1.2 现有软土地基处理的措施
• 1.2 复合地基
• 1.2.1 复合地基的定义和分类
• 1.2.2 复合地基的作用机理
• 1.2.3 复合地基的破坏模式
• 1.3 本文的研究内容
• 第二章 超轻材料桩复合地基有限元分析的理论与模型
• 2.1 有限单元法简介
• 2.2 MARC 软件简介
• 2.3 桩土界面处理
• 2.4 本构模型选取
• 2.4.1 弹塑性本构模型
• 2.4.2 模拟路堤分级加载
• 2.4.3 复合地基数值分析的研究现状
• 2.5 计算模型确定
• 2.5.1 计算深度的确定
• 2.5.2 计算宽度的确定
• 2.5.3 填土高度的确定
• 第三章 超轻材料桩体参数的确定
• 3.1 概述
• 3.2 桩体各参数的确定
• 3.2.1 确定置换率
• 3.2.2 确定桩径及桩间距
• 3.2.3 确定桩长
• 3.2.4 确定桩体的变形模量
• 3.2.5 确定桩体的泊松比
• 3.2.6 确定桩体的屈服应力
• 3.3 超轻桩体材料选择的可行性分析
• 3.4 聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）的基本性质概述
• 3.4.1 EPS 泡沫塑料的制造工艺
• 3.4.2 EPS 的物理性质
• 3.4.3 聚苯乙烯泡沫（EPS）的力学性质
• 3.4.4 聚苯乙烯泡沫（EPS）的适用范围
• 3.5 小结
• 第四章 EPS 桩复合地基与普通复合地基的对比研究
• 4.1 概述
• 4.2 EPS 桩复合地基与刚性桩复合地基的对比研究
• 4.3 EPS 桩复合地基与柔性桩复合地基的对比研究
• 4.3.1 改变柔性桩的置换率
• 4.3.2 改变柔性桩的桩长
• 4.4 EPS 桩复合地基破坏机理研究
• 4.4.1 改变路堤荷载
• 4.4.2 破坏机理阐述
• 4.5 小结
• 第五章 EPS 桩复合地基的离心模型试验
• 5.1 概述
• 5.1.1 离心模型试验的意义
• 5.1.2 TLJ-3 型离心模型试验系统主要性能指标
• 5.1.3 复合地基离心模型试验的比尺关系
• 5.2 试验目的及试验方案
• 5.2.1 试验目的
• 5.2.2 试验材料选取和模型制作
• 5.2.3 试验方案设计
• 5.3 离心试验与成果分析
• 5.3.1 沉降变形分析
• 5.3.2 复合地基的受力分析
• 5.3.3 复合地基的破坏研究
• 5.4 小结
• 结论与建议
• 参考文献
• 致谢