路堤荷载下复合地基桩土相互作用特性及沉降计算方法研究

论文摘要

复合地基因其良好的经济和实用性,在高速铁路、高速公路的路基工程中应用广泛。现场测试、室内试验及已有的理论研究结果均表明,路堤荷载下的柔性基础与建筑地基的刚性基础对复合地基工作性状的影响有较大不同。本文采用Mindlin与Boussinesq联合求解迭代法（以下简称M&B法）对柔性基础下复合地基的桩土相互作用特性进行了研究；同时,针对现有规范中复合地基沉降计算仍采用复合模量法的情况,基于地勘资料、设计参数及沉降观测数据对地基沉降计算经验系数的变化规律及工后沉降的时间效应特征进行了分析,主要工作如下：（1）基于桩土分离建模的原则,采用Mindlin与Boussinesq联合求解法,对路堤作用下地基土中的附加应力进行了计算,用分层总和法得到了地基在桩和桩间土轴线处的沉降；根据桩和桩问土的差异沉降,结合桩土问位移的分布函数,求得桩土接触面处的剪切应变,基于桩土相互作用的应力应变关系求得桩侧摩阻力的大小及分布；在桩土应力比一定的情况下,引入迭代算法,根据桩土间相互作用与沉降的协调关系,建立了可求得桩承荷载在桩侧和桩端的分配及桩侧摩阻力沿深度分布的半解析分析方法,即Mindlin与Boussinesq联合求解迭代法。（2）采用M&B法对一工程实例进行了分析,因应力与应变之间存在对应关系,将桩轴线应力与实测桩体应变、桩间土应力与实测桩间土应变进行了比较,曲线的分布形态有较好的一致性,证明分析方法合理可行。（3）根据常用的工程设计参数确定一基本算例,分析了填土高度、桩土应力比、桩长、地基土模量、桩体模量和桩间距等因素对桩侧摩阻力及中性点位置、桩轴线处附加应力、桩间土轴线处附加应力、桩土差异沉降的影响,为更深入地掌握桩土相互作用特性提供了参考。（4）以武广高速铁路路堤CFG桩复合地基的24个断面的地基土层资料、路基设计参数和现场沉降测试数据为基础,分析了地基沉降计算经验系数的变化规律及工后沉降的时间效应特征,有以下结论：软弱土层浅薄的端承型高强度CFG桩复合地基在路堤荷载作用下具有优良的沉降控制效果,对应的地基沉降计算经验系数在0.63-0.17之间,较当量压缩模量相当的建筑地基规范推荐值偏低约三分之一；地基沉降表现出显著的时间效应特征,地基工后沉降占最终沉降的比值有随时间逐渐降低的趋势；路堤填筑速率加快和地基布桩间距加大,对地基工后沉降占最终沉降的比值有明显增大作用,地基沉降稳定所需的时间更长。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 复合地基沉降计算方法
• 1.3 桩土体系荷载传递理论分析方法
• 1.4 柔性基础下复合地基的研究现状
• 1.5 复合模量法的沉降计算研究现状
• 1.6 本文所做的主要工作
• 第2章 柔性基础下复合地基桩土相互作用的半解析分析方法
• 2.1 Mindlin解与Boussinesq解
• 2.1.1 Mindlin解
• 2.1.2 Boussinesq解
• 2.2 基于Vesic球孔扩张理论的桩端极限承载力计算方法
• 2.3 基于桩土分离原则的桩侧摩阻力迭代分析法
• 2.4 半解析分析方法计算流程
• 第3章 工程实例验证
• 3.1 工程概况及测试数据
• 3.1.1 工程概况及工程地质条件
• 3.1.2 水泥土搅拌桩承载特性及土压力测试
• 3.2 计算条件及参数
• 3.3 计算结果分析
• 第4章 复合地基桩土相互作用特性分析
• 4.1 基本算例
• 4.1.1 计算参数
• 4.1.2 计算结果
• 4.2 柔性基础下复合地基相互作用性状分析
• 4.2.1 填土高度的影响
• 4.2.2 桩土应力比的影响
• 4.2.3 桩长的影响
• 4.2.4 地基土模量的影响
• 4.2.5 桩体模量的影响
• 4.2.6 桩间距的影响
• 第5章 CFG桩复合地基沉降计算经验系数取值研究
• 5.1 地基最终沉降及沉降计算经验系数
• 5.1.1 地基最终沉降的计算值
• 5.1.2 地基最终沉降的实测值
• 5.1.3 现场试验工点及路基断面基本情况
• 5.1.4 地基沉降计算经验系数
• 5.2 地基工后沉降特性分析
• 5.2.1 区间无砟轨道路堤地基工后沉降经验系数
• 5.2.2 站场有砟轨道路堤地基工后沉降经验系数
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文