带帽控沉疏桩复合地基试验研究及作用机理分析

论文题目: 带帽控沉疏桩复合地基试验研究及作用机理分析

论文类型: 博士论文

论文专业: 水工结构工程

作者: 雷金波

导师: 姜弘道,徐泽中

关键词: 疏桩复合地基,试验研究,作用机理,复合桩土应力比,桩帽,桩帽下土体,桩帽间土体,沉降计算,优化设计

文献来源: 河海大学

发表年度: 2005

论文摘要: 带帽控沉疏桩复合地基广泛应用于堤坝地基、高速公路路基、沿海围堤、港口工程堆场、机场场道等软基处理工程中。带帽PTC管桩应用于高速公路处理深厚软土地基工程中,其设计有别于建筑工程的设计,目前还没有规范可循,满足稳定和沉降允许值条件下的疏桩尺寸的优化,尚无成熟的确定方法,桩土相互作用机理还未进行深入的分析研究,但现实问题又摆在眼前,即如何考虑复合桩土应力比、桩土荷载分担比、桩帽大小、桩体中心间距、桩长、垫层厚度的确定及复合地基沉降等方面没有成熟的设计计算方法,现有的设计主要采用充分发挥桩土共同作用和疏化桩间距的设计方法来进行带帽PTC管桩复合地基的设计。本文针对上述问题,从现场试验、理论分析、数值模拟等方面对带帽桩复合地基的力学性状进行了研究和探讨,本文主要研究内容如下: 1、进行了带帽PTC型控沉疏桩复合地基足尺现场试验,为带帽控沉疏桩复合地基理论研究提供合理依据,并可校核工程桩设计,对其优化设计也可起指导作用。 2、根据高速公路路堤设计荷载,建立符合带帽控沉疏桩复合地基荷载—沉降关系的计算模型,提出带帽单桩复合地基可按桩帽间土体进行沉降计算的模式,并对复合地基常规沉降计算方法也进行分析研究,对其各种沉降计算模式的计算结果进行比较分析。 3、提出带帽PTC型控沉疏桩复合地基复合桩土应力比、复合面积置换率的新概念,以合理反映带帽单桩复合地基力学性状。基于合理假定、土力学和弹性理论,建立了桩土相互作用的带帽复合桩体模型,采用等沉面的思想,推导出能够反映层状不均质地基、带帽桩复合地基空间三维变形特征的复合桩土应力比计算公式,并分析了桩体中心间距、桩长、桩帽尺寸、土体变形模量、垫层模量、下卧层土体模量、土体侧压系数等各种因素的影响。 4、基于合理假定和弹性理论,采用荷载传递函数法,对带帽复合单桩桩土相互作用的力学性状进行了线性分析,很到了复合桩体中桩体沉降、桩帽下土体的竖向位移、桩身轴向应力、桩帽下土体的竖向应力、桩身侧摩阻力与荷载水平、深度之间的控制微分方程,并得到其解析表达式。 5、基于合理假定和弹性理论,采用荷载传递函数法,对带帽单桩复合地基桩土相互作用的力学性状进行了线性分析,得到了带帽单桩复合地基中桩体沉降、桩帽下土体的竖向位移、桩帽间土体的竖向位移、桩身轴向应力、桩帽下土体的竖向应力、桩帽间土体的竖向应力、桩身侧摩阻力、桩帽边缘土体之间的侧摩阻力与荷载水平、深度之间的控制微分方程,并得到其解析表达式。 6、以工程应用和现场试验为依据,考虑桩体、桩帽下土体和桩帽间土体竖向变形的不协调性,建立起相应的力学模型,通过三维非线性数值模拟,研究带帽控沉疏桩复合地基力学性状的变化规律,探讨带帽PTC型控沉疏桩复合地基受力与变形特性的诸多影响因素(如桩长、桩径、桩帽尺寸、桩体中心间距、褥垫层、基础刚度等)。对工程桩复合地基进行有限元分析,从数值试验角度验证了带帽控沉疏桩复合地基中复合桩体存在上、下刺入变形现

论文目录:

前言

摘要

Abstract

第一章绪论

1．1 复合地基概述

1．1．1 复合地基的概念

1．1．2 复合地基的分类

1．1．3 复合地基的形成条件

1．1．4 复合地基的作用

1．1．5 复合地基的破坏模式

1．1．6 刚性基础下复合地基应用研究现状分析

1．1．7 柔性基础下复合地基应用研究现状分析

1．2 复合地基沉降计算方法分析

1．2．1 数值计算方法

1．2．2 工程简化计算

1．3 桩基沉降计算理论与方法分析

1．3．1 桩基概述

1．3．2 桩基沉降计算方法

1．4 复合桩基沉降计算理论与方法分析

1．4．1 复合桩基概述

1．4．2 复合桩基沉降计算方法

1．5 研究背景与问题的提出

1．6 选题依据与技术路线

1．6．1 选题依据

1．6．2 技术路线

1．7 本文主要研究内容与方法

1．8 本文主要创新点

第二章带帽 PTC型控沉疏桩复合地基试验研究

2．1 试验目的

2．2 试验概况

2．2．1 地质条件

2．2．2 试验内容

2．2．3 试验设计

2．2．4 仪器测试原理与仪器埋设

2．2．5 试验设备与试验方法

2．2．6 各桩基极限承载力的估算

2．3 试验数据成果整理

2．3．1 各桩静载试验成果

2．3．2 桩身轴力测试成果

2．3．3 桩周土压力测试成果

2．3．4 桩侧摩阻力分布

2．3．5 桩土荷载分担比与桩土应力比

2．3．6 双桩复合地基剖面沉降

2．4 试验成果分析

2．5 现场试验与原型观测比较

2．6 有帽桩与无帽桩复合地基试验比较

2．7 静压桩过程桩周土孔隙水压力观测与分析

2．7．1 施工工艺

2．7．2 压桩设备与静压沉桩压力

2．7．3 沉桩过程桩周土孔隙水压力观测与分析

2．7．4 辩证看待超孔隙水压力问题

2．8 本章小结

第三章带帽控沉疏桩复合地基沉降计算方法分析

3．1 高速公路路堤沉降变形特点及软基处理方案分析

3．1．1 高速公路路基沉降变形特点分析

3．1．2 高速公路深厚软土地基处理方案分析

3．2 PTC型控沉疏桩复合地基沉降计算模型的确定

3．2．1 带帽桩复合地基思路形成过程

3．2．2 带帽刚性桩复合地基变形及作用机理分析

3．2．3 沉降计算模型的确定

3．3 沉降计算模式的确定

3．3．1 复合地基模式

3．3．2 按桩帽间土体沉降计算模式

3．3．3 简化计算模式

3．4 PTC型控沉疏桩复合地基沉降计算及结果分析

3．4．1 复合地基沉降计算结果

3．4．2 三种沉降模式计算结果比较分析

3．4．3 长桩型与短桩型控沉疏桩复合地基沉降计算

3．5 本章小节

第四章带帽控沉疏桩复合地基荷载传递规律研究

4．1 刚性桩复合地基褥垫层的作用

4．1．1 基础下设置褥垫层的必要性

4．1．2 褥垫层的作用

4．2 带帽刚性桩复合地基复合桩土应力比的计算与分析

4．2．1 桩土应力比与复合桩土应力比

4．2．2 基本假设

4．2．3 计算模型的建立

4．2．4 复合桩体变形协调方程的建立及求解

4．2．5 影响因素分析及工程算例

4．3 带帽单桩桩体与桩帽下土体相互作用线性分析

4．3．1 基本假设

4．3．2 计算模型的建立

4．3．3 方程建立与求解

4．3．4 工程算例及其力学性状分析

4．4 带帽单桩复合地基桩土相互作用线性分析

4．4．1 基本假设

4．4．2 计算模型的建立

4．4．3 方程建立与求解

4．4．4 工程算例及带帽单桩复合地基桩土力学性状分析

4．5 本章小节

第五章带帽控沉疏桩复合地基力学性状有限元分析

5．1 有限元法概述

5．2 有限元分析内容及计算工况

5．2．1 有限元分析内容

5．2．2 各种影响因素及其计算工况

5．3 有限元计算模型的建立

5．3．1 材料本构模型

5．3．2 有限元计算模型网格

5．3．3 材料参数选择

5．3．4 接触面处理

5．3．5 边界条件

5．4 成果分析

5．4．1 群桩效应分析

5．4．2 有无桩帽的影响分析

5．4．3 垫层厚度及材料的影响分析

5．4．4 桩长的影响分析

5．4．5 复合面积置换率的影响分析

5．4．6 加固区和下卧层土体变形模量的影响分析

5．4．7 基础刚度的影响分析

5．4．8 试验荷载水平的比较与分析

5．4．9 试桩力学性状分析

5．5 路堤下带帽桩复合地基力学性状平面有限元分析

5．5．1 分析内容

5．5．2 有限元计算模型的建立

5．5．3 材料本构模型的选择

5．5．4 边界条件的确定

5．5．5 计算参数

5．5．6 计算结果与分析

5．6 本章小节

第六章带帽 PTC型控沉疏桩复合地基优化设计

6．1 PTC管桩在高速公路软基处理中的适应性研究

6．2 复合地基两种设计思路

6．3 带帽PTC型控沉疏桩复合地基优化设计

6．3．1 沉降控制设计理论

6．3．2 带帽PTC型控沉疏桩复合地基设计步骤与设计内容

6．3．3 带帽PTC型控沉疏桩复合地基的初步设计

6．3．4 带帽PTC型控沉疏桩复合地基优化设计思路和方法

6．4 本章小节

第七章结论与展望

7．1 总结全文

7．2 结论

7．3 创新点

7．4 建议与展望

参考文献

附录

致谢

发布时间: 2005-07-07

参考文献

[1].长短桩复合地基室内模型试验研究及其作用机理分析[D]. 蔡璟珞.太原理工大学2017
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