粉细砂液化特性及碎石桩复合地基加固处理研究

论文摘要

新建昆河铁路自云南省昆明至中越边境的河口,全长380km,是中国连接越南及东南亚铁路干线,对形成我国中长期铁路规划网、促进我国经济社会发展具有重要意义。昆河铁路沿线分布大面积粉细砂液化土,且多数位于8度地震区。在地震作用下均可能发生液化。液化土地基的液化、侧向流动及路堤破坏所引起的路堤沉降将对昆河铁路造成严重的破坏。为此,研究饱和粉细砂地基地震液化机理,评价地震液化对铁路地基的影响,确立经济合理的抗液化加固方法对昆河铁路建设有着重大的意义。本文采用动三轴试验,对昆河铁路通海盆地粉细砂进行了液化试验。试验采用两种不同的干密度模拟加固前、加固后地基,三种不同的围压模拟不同深度地层情况,通过测试的动应变、孔隙水压力等数据,研究了不同深度粉细砂层加固前后抗液化强度、孔隙水压力和动模量的变化规律。试验结果表明:粉细砂抗液化强度随干密度增大而增大;随排水条件的不同而不同。不排水条件下,试验过程中孔隙水压力的最大值达到围压的90%。部分排水条件下,只能达到围压的70%左右。部分排水条件下粉细砂抗液化强度较不排水条件提高了22.8%。动剪切模量随动应变的增长呈衰减趋势,随围压的增大而增大。建立了动三轴试验的FLAC软件数值模型,对不同试验条件下的动三轴试验进行了动力数值模拟。数值模拟结果与动三轴试验所得动孔压发展趋势基本一致、初始液化发生时刻相吻合,说明按照动三轴试验提取参数方法可靠,所采用的参数符合实际情况,同时证实了FLAC中Finn模型分析液化问题的适用性以及所选参数的合理性。以昆河铁路DK23工点为原型,建立了原状地基及碎石桩复合地基有限差分模型,以El Centro地震波作为输入波,研究了原状地基及碎石桩复合地基的孔隙水压力、地基路基变形等动态响应随地震荷载的变化,对碎石桩复合地基抗液化能力进行了评价。研究表明:在7度地震情况下,原状地基不满足抗震设计要求,须进行加固处理。碎石桩复合地基可以有效地消散和抑制超静孔隙水压力的升高和桩间土液化,提高了地基的抗液化能力,并能够有效地减小地基、路基在地震荷载作用下的沉降,提高地基的抗水平变形能力,能够满足8度抗震设计的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 选题背景和意义
• 1.3 地震液化研究现状
• 1.3.1 砂土液化概念
• 1.3.2 砂土液化机理研究现状
• 1.3.3 地震液化影响因素
• 1.3.4 动三轴液化试验研究现状
• 1.3.5 地震液化分析方法的研究现状
• 1.4 碎石桩抗液化加固机理
• 1.5 论文主要研究内容
• 第2章 地震液化的动三轴试验
• 2.1 引言
• 2.2 动三轴液化试验
• 2.2.1 试验设备
• 2.2.2 试验分组
• 2.2.3 试样及试验方法
• 2.2.4 试验步骤
• 2.3 试验结果及分析
• 2.3.1 抗液化强度
• 2.3.2 孔隙水压力发展规律
• 2.3.3 应力应变关系
• 2.3.4 动模量
• 2.3.5 不同排水情况下动力特性比较
• 2.4 小结
• 第3章 有限差分法动力分析理论基础
• 3.1 概述
• 3.2 本构关系
• 3.2.1 摩尔-库仑（Mohr-Coulomb）模型
• 3.2.2 Finn-Byrne模型
• 3.2.3 流-固耦合分析模型
• 3.3 FLAC动力分析计算方法
• 3.4 FLAC动荷载输入及动力边界条件
• 3.4.1 动荷载的输入
• 3.4.2 动态边界
• 第4章 动三轴液化试验的数值模拟
• 4.1 引言
• 4.2 数值计算模型
• 4.2.1 几何模型
• 4.2.2 模型参数
• 4.2.3 模型动态分析
• 4.3 数值计算与试验结果对比分析
• 4.4 小结
• 第5章 碎石桩复合地基地震液化的数值模拟
• 5.1 引言
• 5.2 模型建立及计算过程
• 5.2.1 地质情况
• 5.2.2 几何模型
• 5.2.3 模型参数
• 5.2.4 模型动态分析
• 5.3 原状地基的地震响应结果与分析
• 5.3.1 地基内孔隙水压力及有效应力变化规律
• 5.3.2 地基路基沉降变形规律
• 5.3.3 地基路基水平位移变化规律
• 5.4 碎石桩复合地基的地震响应结果与分析
• 5.4.1 地基内孔隙水压力及有效应力变化规律
• 5.4.2 地基路基沉降变形规律
• 5.4.3 地基路基水平位移变化规律
• 5.5 碎石桩复合地基的抗液化评价
• 5.5.1 地基内超静孔隙水压力变化对比分析
• 5.5.2 地基路基沉降对比分析
• 5.5.3 地基路基水平位移对比分析
• 5.6 小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文及主要科研工作