真空联合堆载预压试验与仿真分析研究

论文摘要

我国的客运专线建设开始进入一个高速发展的时期。在软土地基上修建高速铁路，其关键技术是严格控制路基的工后沉降问题。真空联合堆载预压法在造价、工期、效果、环保等方面较传统方法具有较大的优越性。但该法的加固机理及数值模拟计算等方面还存在不足和争议之处。本文在前人工作的基础上，通过现场测试、理论分析、数值计算等手段主要进行了以下几方面的工作：（1）首先介绍了真空预压的发展和研究现状。研究了真空-堆载作用下土体的固结机理和特点，介绍了软土固结数值计算理论。（2）根据现场实测资料，分析总结了路基的沉降固结规律。得出了一些有利于今后工程应用的结论。结合现场试验和室内试验，合理确定了数值模拟计算参数。（3）建立了真空联合堆载预压法处理软基的拉格朗日差分法数值分析模型，充分考虑了土的排水固结过程中水土相互耦合的关系。采用摩尔-库仑塑性本构模型，模拟现场状况，考虑分级加载、负的孔压边界等，计算分析了真空联合堆载预压作用下土体固结过程。与实测值进行比较，取得了比较满意的结果，说明快速拉格朗日法进行真空联合堆载预压法处理软基数值分析是可行的。（4）分析探讨了真空度的数值模拟问题，分别采用负压边界以及真空等效荷载模拟真空度，并进行了对比分析，结果说明，两者对最终沉降量的影响相差不大，但在软土固结过程中，采用负压边界模拟真空度时，路基真空预压阶段的沉降曲线等结果更加符合实际。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 真空联合堆载预压法的发展与应用现状
• 1.2.1 真空联合堆载预压处理软基机理
• 1.2.2 真空联合堆载预压法的工程实践发展
• 1.2.3 真空联合堆载预压法计算理论发展
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 软土固结基本理论
• 2.1 软土本构模型
• 2.1.1 弹塑性模型的一般原理
• 2.1.2 Mohr-Coulomb弹塑性模型
• 2.2 固结沉降理论
• 2.2.1 Terzaghi固结理论
• 2.2.2 Boit固结理论
• 2.2.3 Boit与Terzaghi固结理论的比较
• 2.3 本章小结
• 第三章 现场试验概况及效果分析
• 3.1 工程概况
• 3.2 工程地质以及水文地质概况
• 3.2.1 工程地质条件
• 3.2.2 水文地质特征
• 3.3 现场试验监测方案设计
• 3.3.1 测试仪器、元件及数量
• 3.3.2 观测频率要求
• 3.4 现场试验观测结果
• 3.4.1 真空度变化规律
• 3.4.2 孔隙水压力变化规律
• 3.4.3 地基土的沉降规律
• 3.4.4 地基土的水平位移规律
• 3.4.5 地下水位变化及其影响
• 3.5 现场试验小结
• 第四章 真空联合堆载预压固结过程数值模拟分析
• 4.1 概述
• 4.2 拉格朗日差分法的基本原理
• 4.2.1 拉格朗日元法介绍
• 4.2.2 拉格朗日法基本控制方程推导:
• 4.2.3 FLAC流固耦合计算特点
• 4.2.4 拉格朗日元法在工程中的应用
• 4.3 数值模拟计算条件
• 4.3.1 计算区域确定及网格划分
• 4.3.2 边界条件
• 4.3.3 真空以及填土荷载的处理
• 4.3.4 塑料板等效转换
• 4.3.5 计算参数的选取
• 4.4 计算结果分析
• 4.4.1 沉降计算分析
• 4.4.2 侧向位移分析
• 4.4.3 孔隙水压分析
• 4.4.4 数值模拟总结
• 4.5 本章总结
• 第五章 固结过程数值分析中的几个问题
• 5.1 固结分析中需要考虑的三个因素
• 5.2 初始应力平衡状态
• 5.2.1 问题描述
• 5.2.2 理论分析
• 5.2.3 初始应力的平衡
• 5.3 真空度模拟方法的讨论
• 5.4 数值分析误差分析
• 第六章 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 对今后工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表论文和科研工作情况