水泥粉煤灰碎石（CFG）桩复合地基沉降时效分析

论文摘要

作为一种有效的地基处理手段,复合地基近年来在工程中得到了广泛的应用。然而,复合地基计算理论却远远落后于工程实践。因此,复合地基计算理论的研究成为目前乃至今后一段时间内岩土工程研究发展的重要方向之一。复合地基中准确计算沉降及合理控制沉降都非常重要,根据这种情况提出了更适用于复合地基的按沉降控制的复合地基设计思路,这种设计方法既可保证建筑物安全又可节省工程投资。目前复合地基沉降理论仍不成熟,因此需要在现有的研究成果基础上,不断修改和完善沉降理论,提高复合地基位移场的计算精度。沉降的时间效应早已引起国内外学者关注,但是目前对复合地基沉降时间效应的研究还鲜有报道。复合基础设计中如能有效地预估其沉降将对控制建筑物的稳定性具有非常重要的意义,只有考虑沉降时间效应才能更好地提高复合地基沉降的计算水平,才能完善和发展复合地基计算理论,有利于复合地基技术的推广和应用。CFG桩复合地基作为一种经济和可靠的地基处理新技术,是岩土工程领域研究的难点之一,目前虽已广泛地应用于基础工程中,但是同样存在沉降计算理论相对落后于工程实践的问题。本文分别从理论推导、工程实测和数值模拟三方面对CFG桩复合地基的沉降时间效应进行了比较细致的研究。首先基于圆孔扩张理论和比奥固结方程超孔隙水压力三维解析解,推导出了一种由超孔隙水压力求解CFG桩复合地基固结度的计算方法,并进一步提出了反映沉降时效性的CFG桩复合地基任意时刻沉降量的计算方法。同时借助ABAQUS有限元软件分析了CFG桩复合地基的沉降特性,讨论了荷载水平、垫层厚度、垫层模量、桩以及桩间土模量、置换率、桩长等主要设计参数对CFG桩复合地基桩身和桩间土沉降的影响,以期能对复合地基沉降计算方法的改进和发展、以及CFG桩复合地基的推广起到一定的参考和帮助作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 软土的工程特性及其分类
• 1.2.1 软土的工程特性
• 1.2.2 软土的分类及其特征
• 1.3 复合地基研究应用发展概况
• 1.3.1 复合地基目前的固结研究
• 1.3.2 复合地基沉降计算的发展
• 1.3.3 CFG 桩复合地基研究现状
• 1.4 本文主要研究目的与内容
• 第2章 成桩引起的初始超孔隙水压力分析与计算
• 2.1 概述
• 2.2 成桩机理分析方法
• 2.2.1 圆孔扩张法
• 2.2.2 有限单元法
• 2.3 桩体施工对周围土体的影响
• 2.4 成桩引起的桩周土体的的超孔隙水压力的研究
• 2.5 成桩过程中超孔隙水压力的变化规律
• 2.5.1 初始超静孔隙水压力沿径向分布规律
• 2.5.2 初始超静孔隙水压力沿深度分布规律
• 2.6 桩周土中考虑深度效应的初始超孔隙水压力的计算
• 2.6.1 经典理论
• 2.6.2 研究成果
• 2.6.3 CFG 桩成桩影响范围
• 2.6.4 CFG 桩孔压参数影响分析
• 第3章 超孔隙水压力的解析解及固结度计算
• 3.1 固结理论的发展
• 3.2 桩周土体的固结模型
• 3.2.1 苏德巴格模型
• 3.2.2 罗伊桩端球面扩散模型
• 3.2.3 埃斯里格沉桩后土体再固结模型
• 3.2.4 基于有效应力原理的水一弹簧一活塞模型
• 3.3 桩周土体的固结微分方程及其解答
• 3.3.1 固结微分方程的建立
• 3.3.2 固结微分方程的解答
• 3.3.3 考虑固结过程的超孔隙水压力的三维解析解
• 3.4 考虑超孔隙水压力的CFG 桩复合地基固结度计算
• 3.4.1 固结度计算
• 3.4.2 算例与分析
• 第4章 有限元法在CFG 桩复合地基分析中的应用
• 4.1 有限单元法
• 4.1.1 有限元法概述
• 4.1.2 总应力与有效应力
• 4.1.3 有效应力分析基本方程
• 4.1.4 饱和土的静力固结有限元法
• 4.2 有限元软件ABAQUS 简述
• 4.2.1 ABAQUS 主要模块介绍
• 4.2.2 CAE 特征及功能介绍
• 4.3 ABAQUS 中莫尔-库仑本构模型简介
• 4.3.1 模型特征
• 4.3.2 屈服准则
• 4.3.3 应变张量
• 4.3.4 屈服特性
• 4.3.5 流动法则
• 4.4 ABAQUS 分析土固结的可行性
• 4.5 基于 ABAQUS 的CFG 桩复合地基三维有限元分析模型
• 4.5.1 基本假设
• 4.5.2 计算模型及范围
• 4.5.3 荷载分布
• 4.5.4 边界条件假定
• 4.5.5 单元类型及本构关系
• 4.5.6 接触的建立
• 4.5.7 施加初始地应力
• 第5章 考虑时间效应的 CFG 桩复合地基沉降分析
• 5.1 引言
• 5.2 CFG 桩复合地基沉降时效分析
• 5.2.1 CFG 桩复合地基沉降变形机理
• 5.2.2 CFG 桩复合地基沉降计算方法
• 5.2.3 CFG 桩复合地基沉降时效计算
• 5.3 CFG 桩复合地基沉降时效数值分析
• 5.3.1 工程概况
• 5.3.2 理论计算
• 5.3.3 有限元计算
• 5.3.4 计算结果对比分析
• 5.4 CFG 桩复合地基沉降的影响因素
• 5.4.1 荷载变化的影响
• 5.4.2 褥垫层厚度的影响
• 5.4.3 褥垫层模量的影响
• 5.4.4 桩长的影响
• 5.4.5 桩体模量的影响
• 5.4.6 桩间土模量的影响
• 5.4.7 置换率的影响
• 5.4.8 上下土层模量比的影响
• 结论及展望
• 参考文献
• 附录A （攻读学位期间所发表的学术论文目录）
• 致谢