论文题目: 夯实水泥土桩复合地基的试验研究及其数值模拟
论文类型: 博士论文
论文专业: 地质工程
作者: 李占强
导师: 李智毅
关键词: 夯实水泥土桩,复合地基,承载,变形,载荷试验,微观结构,无侧限抗压强度,褥垫层,弹塑性本构模型
文献来源: 中国地质大学（北京）
发表年度: 2005
论文摘要: 夯实水泥土桩复合地基是近年来发展起来的一种地基处理方法。它主要用于地下水位比较低的地区,在我国北方地区尤其是北京、河北等地广泛应用。目前,现场工程技术人员对夯实水泥土桩复合地基的设计计算大都凭经验而定,设计理论和规范亟待完善。实际上,夯实水泥土桩属柔性桩,虽然它的工程特性与其它种类水泥土桩相似,但由于其制桩工艺特殊,所以其承载和变形特性有其独特的特点。对夯实水泥土桩复合地基承载变形特性和本构模型的深入研究,将为今后评价和预测复合地基承载力和沉降等提供理论依据。论文运用现代土质土力学、岩体力学、工程地质学理论和方法,按学科交叉思想,通过现场载荷试验和室内水泥土块强度、微观结构等试验,系统研究了击实水泥土的强度特性和夯实水泥土桩复合地基承载变形特性,结合水泥土的微观结构特征与宏观力学行为,从微观结构角度探讨了夯实水泥土桩复合地基变形破坏的机理,进而建立其本构模型,模拟计算夯实水泥土桩的工程特性,获得以下主要成果。(1)试验场地地基土主要由粉土和粉质粘土组成,它属于太行山前冲洪积沉积物。夯实水泥土桩制桩前后桩周土的微观结构研究和主要物理力学指标对比显示各指标离散性较大,没有明显的规律性,说明制桩过程对桩周土的工程特性影响不大。这是本次研究获得的新认识之一。(2)水泥土微观结构的研究有助于揭示夯实水泥土桩复合地基的变形破坏机理。击实水泥土的微结构特征表现为水泥粉粒水化水解后形成水化物晶体,使散粒体状土体发生团粒化,土颗粒增大。随龄期的增长,水泥水化物结晶体在土粒之间形成网格状结构,将相邻土粒彼此胶结,增强了土颗粒之间的联结力,从而导致水泥土的强度明显高于天然地基土强度。(3)击实水泥土块强度主要与其干密度、拌和土类、水泥掺入比及养护龄期等因素有关。随水泥掺入比的增大,养护龄期的增长,水泥土块的强度呈线性增加。在单轴压缩条件下,水泥土块表现为压致拉裂破坏,现场压桩也显示桩身上端(小于3~4 桩径范围内)的竖向劈裂破坏。不论是单桩、单桩复合地基还是四桩复合地基都显示复合地基受压后桩身首先屈服,进而复合地基变形破坏的特点。因而,夯实水泥土桩复合地基承载力应以桩身屈服破坏来控制。这是本次研究获得的新认识之二。(4)现场载荷载试验结果表明,夯实水泥土桩复合地基在受竖向荷载作用
论文目录:
1 绪论
1.1 课题研究的目的和意义
1.1.1 课题的提出
1.1.2 研究目的和意义
1.2 文献综述
1.2.1 关于复合地基的概念
1.2.2 复合地基技术的发展历史与研究动态
1.2.3 土体及夯实水泥土块微观结构的研究现状
1.2.4 水泥土桩复合地基承载特性的研究进展
1.2.5 夯实水泥土桩复合地基承载力的确定方法
1.2.6 夯实水泥土桩复合地基的变形特性及沉降计算方法
1.3 研究内容
1.4 采用的研究思路和方法
1.5 论文完成的工作量
2 场地工程地质条件
2.1 场地区域工程地质条件
2.1.1 区域构造地质背景
2.1.2 石家庄市及邻近地区的活动断裂
2.1.3 地貌与第四纪地质概况
2.1.4 区域水文地质条件
2.2 场地地基土的工程性质
2.2.1 试验场地及工程概况
2.2.2 地基土的种类、分布及变化规律
2.2.3 地基土的物理力学性质分析
2.3 制桩前后桩周土物理力学性质对比分析
3 击实水泥土块强度与变形特征研究
3.1 水泥土强度的影响因素
3.1.1 水泥掺入比和水泥标号
3.1.2 土的种类
3.1.3 夯击能
3.1.4 养护龄期
3.1.5 其它影响因素
3.2 击实水泥土块强度试验方法
3.2.1 试验准备和击实仪的制作
3.2.2 击实水泥土块制样技术要求
3.2.3 试验方法
3.3 试验结果分析
3.3.1 土的种类
3.3.2 水泥土块击实干密度
3.3.3 水泥掺入比
3.3.4 养护龄期
3.4 击实水泥土块在竖向荷载作用下的应力-应变关系
3.4.1 试验原理和方法
3.4.2 试验结果分析
3.5 桩身及水泥土块的变形破坏形式分析
3.6 小结
4 击实水泥土块及桩周土的微观结构研究
4.1 击实水泥土的固化机理分析
4.1.1 水泥的水解和水化反应
4.1.2 水泥水化物与土颗粒的作用
4.2 击实水泥土微观结构研究
4.2.1 水泥土的微观结构分类
4.2.2 扫描电子显微镜样品的准备
4.2.3 击实水泥土块微观结构特征
4.2.4 不同养护龄期击实水泥土块微观结构特征
4.3 桩周土微观结构分析
4.3.1 制桩前地基土的微观结构特征
4.3.2 制桩后桩周土的微观结构特征
4.3.3 制桩前后桩周土微观结构特征比较
4.4 小结
5 夯实水泥土桩复合地基承载特性的试验研究
5.1 试验方法
5.1.1 试验目的和仪器设备
5.1.2 试验方案
5.1.3 试验方法
5.2 桩、桩间土及复合地基荷载分配规律研究
5.2.1 单桩复合地基
5.2.2 四桩复合地基
5.3 竖向荷载作用下复合地基桩土应力比
5.3.1 单桩复合地基
5.3.2 四桩复合地基
5.4 褥垫层对复合地基承载特性的影响
5.4.1 垫层作用机理
5.4.2 垫层厚度对复合地基承载特性的影响
5.4.3 垫层材料对复合地基承载特性的影响
5.4.4 利用褥垫层对复合地基承载力的优化设计
5.5 小结
6 夯实水泥土桩复合地基变形特性的试验研究
6.1 不同条件下夯实水泥土单桩和复合地基变形特性
6.1.1 天然地基
6.1.2 单桩
6.1.3 单桩复合地基
6.1.4 四桩复合地基
6.1.5 单桩及四桩复合地基承载力的确定
6.2 单桩及多桩复合地基条件下桩和桩间土的变形特征
6.2.1 桩顶变形特性
6.2.2 桩间土变形特性
6.3 褥垫层对夯实水泥土桩复合地基变形特性的影响
6.3.1 不同厚度的褥垫层夯实水泥土桩复合地基的变形特性
6.3.2 不同材料的褥垫层夯实水泥土桩复合地基的变形特性
6.4 夯实水泥土桩复合地基变形规律研究
6.5 小结
7 夯实水泥土桩复合地基承载和变形特性的本构模型及数值模拟
7.1 夯实水泥土桩复合地基弹塑性本构模型的理论框架
7.1.1 屈服准则
7.1.2 流动法则
7.1.3 硬化规律
7.2 夯实水泥土桩复合地基的弹塑性本构模型
7.3 模型的建立
7.3.1 模型的基本假定
7.3.2 接触单元的建立
7.3.3 计算模型的建立
7.4 模型参数的确定
7.5 夯实水泥土桩复合地基的数值模拟
7.5.1 复合地基中应力场和位移场变化规律
7.5.2 褥垫层厚度对复合地基中桩土应力影响分析
7.5.3 复合地基变形特性的模拟计算
7.6 小结
8 结论和建议
8.1 主要结论
8.2 存在问题及进一步研究的方向
参考文献
附图版Ⅰ~Ⅻ
附图1
致谢
在学期间发表的论文及个人简历
发布时间: 2006-01-04
参考文献
- [1].夯实水泥土桩复合地基特性研究[D]. 郭忠贤.北京工业大学2010
相关论文
- [1].高层建筑筒中筒结构箱形基础下CFG桩复合地基性状研究[D]. 孙健.中国地质大学（北京）2005
- [2].散体材料桩复合地基固结理论研究[D]. 张玉国.浙江大学2005
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