路堤荷载下软黄土复合地基作用机理及承载特性研究

论文摘要

复合地基技术在公路建设领域得到广泛应用,积累了丰富工程经验,但其理论研究相对滞后,特别是路堤荷载作用下复合地基工作机理研究更显薄弱。通过系统的土工离心模型试验、现场载荷试验及原型观测、数值分析等手段开展了路堤荷载下软黄土粉喷桩复合地基力学性状及变形性状研究,并提出了路堤荷载下复合地基承载力确定方法。基于土工离心模型试验探讨了不同工况下复合地基荷载传递及相对位移模式,分析了基础刚度、有无软弱下卧层(下卧层厚度)等因素的影响。刚性基础悬浮式桩侧出现向上的摩阻力,低荷载水平时呈倒三角形分布,高荷载水平时呈S型分布;桩与端部半球形土体一起刺入下卧层,复合地基破坏模式为桩向下刺入破坏。柔性基础悬浮式桩1/6~1/3桩长深度范围内出现向下的桩侧摩阻力,该深度以下为向上的摩阻力。向上的摩阻力在低荷载水平时呈倒三角形分布,高荷载水平时呈马鞍型分布。桩土相对位移为零的中性点出现在1/6~1/3桩长深度处。柔性基础支撑式桩侧出现向下的摩阻力,低荷载水平时呈倒三角形分布,高荷载水平时呈倒梯形分布;桩顶端发生明显向上刺入变形。通过原状土、桩间土、单桩、单桩复合至六桩复合等一系列载荷试验研究,揭示了复合地基在不同载荷板尺寸下的变形及承载性状。原状饱和黄土及桩间土载荷试验曲线为二次屈服型,桩间土极限承载力约为原状土的2倍,在复合地基设计中可以利用二次屈服承载潜能。复合地基承载力特征值随载荷板尺寸增加而减小,减小幅度受场地特性影响较大。载荷板下铺设垫层呈现出部分柔性基础特性。桩间土承载力发挥系数特征值介于1.0~1.5之间,而桩承载力发挥系数特征值介于0.3~0.8之间。桩土相对位移模式是随荷载水平发生动态变化的。路肩及坡脚处未充分利用桩间土的承载潜力。通过数值计算探讨了不同载荷板尺寸下复合地基工作性状。随载荷板宽度增加,复合地基沉降呈双曲线型减速增大趋势,中性点上移,地基沉降增长点下移;刚性基础下应力先减小后增大,柔性基础下应力先增大后减小;刚性基础下桩土应力比先增加后减小,柔性基础下桩土应力比先减小后增大;两种基础刚度下桩底处桩土应力比持续减小。基于载荷试验与路堤荷载作用下复合地基性状差异,分析了载荷试验及公式估算法确定路堤荷载下复合地基承载力的局限性;提出了适用于确定路堤荷载作用下复合地基承载力的两种修正方法。通过工程实例验证了修正方法的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 复合地基概念
• 1.3 复合地基研究现状
• 1.3.1 沉降研究现状
• 1.3.2 承载力研究现状
• 1.3.3 承载力规范确定方法
• 1.4 复合地基设计现状
• 1.5 本文研究内容与技术路线
• 1.5.1 研究内容
• 1.5.2 技术路线
• 第二章 复合地基土工离心模型试验技术
• 2.1 土工离心模型试验技术
• 2.1.1 土工离心模型试验发展
• 2.1.2 土工离心模型试验准则
• 2.2 TLJ-3 型离心模型试验系统
• 2.3 试验与测试方案
• 2.3.1 试验目的
• 2.3.2 试验方案
• 2.3.3 模型桩材料选择及制作
• 2.3.4 模型试验地基土性质
• 第三章 复合地基工作性状试验分析
• 3.1 刚性基础悬浮式复合地基工作机理分析
• 3.1.1 桩身应力
• 3.1.2 桩侧摩阻力
• 3.1.3 桩侧土压力
• 3.1.4 桩土应力比
• 3.1.5 地基内部变形
• 3.2 柔性基础悬浮式复合地基工作机理分析
• 3.2.1 桩身应力
• 3.2.2 桩侧摩阻力
• 3.2.3 桩侧土压力
• 3.2.4 桩土应力比
• 3.2.5 地基内部变形
• 3.3 柔性基础支撑式复合地基工作机理分析
• 3.3.1 桩身应力
• 3.3.2 桩侧摩阻力
• 3.3.3 桩侧土压力
• 3.3.4 桩土应力比
• 3.3.5 地基内部变形
• 3.4 基础刚度对复合地基工作机理影响
• 3.4.1 桩身应力
• 3.4.2 桩侧摩阻力
• 3.4.3 桩侧土压力
• 3.4.4 桩土应力比
• 3.4.5 地基内部变形
• 3.5 下卧层对复合地基工作机理影响
• 3.5.1 桩身应力
• 3.5.2 桩侧摩阻力
• 3.5.3 桩侧土压力
• 3.5.4 桩土应力比
• 3.5.5 地基内部变形
• 3.6 小结
• 第四章 复合地基承载性状试验分析
• 4.1 引言
• 4.2 试验概况
• 4.2.1 载荷试验方案
• 4.2.2 原型测试方案
• 4.3 载荷试验结果分析
• 4.3.1 原状土及桩间土载荷试验
• 4.3.2 复合地基载荷试验
• 4.3.3 桩土应力比
• 4.3.4 桩土承载力发挥系数
• 4.4 原型测试结果分析
• 4.4.1 地基表面沉降
• 4.4.2 地基表面应力
• 4.4.3 桩土应力比
• 4.4.4 桩土承载力发挥系数
• 4.5 小结
• 第五章 复合地基工作性状数值分析
• 5.1 数值分析软件
• 5.2 计算模型建立
• 5.2.1 本构模型
• 5.2.2 非线性方程组求解
• 5.2.3 几何模型
• 5.2.4 计算参数选取
• 5.3 单桩复合地基工作性状
• 5.3.1 变形分析
• 5.3.2 应力分析
• 5.4 多桩复合地基工作性状
• 5.4.1 变形分析
• 5.4.2 应力分析
• 5.5 复合桩数对复合地基工作性状影响
• 5.5.1 变形分析
• 5.5.2 应力分析
• 5.6 小结
• 第六章 复合地基承载力确定方法
• 6.1 概述
• 6.2 复合地基承载力确定方法评述
• 6.3 载荷试验确定承载力方法
• 6.4 复合地基承载力计算公式
• 6.5 工程实例
• 6.6 小结
• 结论与建议
• 1.结论
• 2.创新点
• 3.进一步研究建议
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 致谢