京沪高速铁路凤阳段桩板复合地基沉降时效特性研究

论文摘要

为提高运输效率,实现客货分离,对客运专线和高速铁路的建设势在必行。桩板复合地基是处理客运专线、高速铁路软土和松软土地基应用较多的一种方法,但相应的设计规范还不完善,而且缺乏具体的设计计算方法指导,同时对处理后沉降时效特性及施工周期的认识也不清楚,严重影响了其应用的科学性。基于此,本文以京沪高速铁路为依托,采用现场试验、理论分析和数值计算等手段,系统地研究了桩板复合地基沉降时效特性,分析了桩板复合地基各参数对其沉降时效特性影响的程度和规律,并对其主要影响因素进行了按沉降控制优化设计。主要研究内容和成果如下:对京沪高速铁路凤阳试验段桩板复合地基进行了现场试验研究,并对现场检测和监测试验结果进行了分析,主要包括对单桩及单桩复合地基载荷及变形、桩土荷载分担、地基表面沉降、地基分层沉降、孔隙水压力等的特性和规律分析。基于桩土罚函数接触,建立了Biot固结理论的三维流固耦合数值模型,并依据现场试验数据进行对比分析,验证了该模型能很好地模拟现场基本工况的沉降变形,在研究桩板复合地基沉降时效特性方面是可行的。通过三维数值模型试验,研究了路基荷载下褥垫层参数、桩体参数(桩长、桩径和桩问距)、土体参数(初始孔隙比、压缩性和渗透性)和填筑参数(填筑高度和填筑速率)等参数对桩板复合地基(端承桩和摩擦桩两种情况)的超孔隙水压力、桩土附加应力、地基表面沉降、地基深层沉降、加固区压缩量和下卧层压缩量的影响程度和变化规律。增加桩体长度、桩体直径、土体初始孔隙比、土体渗透性,减小褥垫层厚、桩体间距、土体压缩性,有利于超孔隙水压力消散,缩短固结沉降时间,其效果以增加土体渗透性最为显著。增加桩体长度、桩体直径,减小桩体间距、土体初始孔隙比、土体压缩性,有利于控制沉降变形,其效果以增加桩体长度最为显著。建立了桩板复合地基按沉降控制优化设计体系,研究了端承桩桩板复合地基沉降时效特性的主要影响因素为桩间距和堆载预压,并提出了疏密桩设计思想;而摩擦桩桩板复合地基沉降时效特性的主要影响因素为桩长和堆载预压,并给出了基于桩长和堆载预压参数的按沉降控制的摩擦桩桩板复合地基优化设计方案。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 论文研究的背景及意义
• 1.1.1 立题的依据
• 1.1.2 研究的意义
• 1.2 高速铁路复合地基及沉降研究最新进展
• 1.2.1 复合地基的概念
• 1.2.2 复合地基的常见结构型式
• 1.2.3 复合地基的室内外试验研究现状
• 1.2.4 复合地基的沉降理论计算研究现状
• 1.2.5 复合地基的沉降数值计算研究现状
• 1.2.6 复合地基的固结性状研究现状
• 1.3 高速铁路建设中的关键技术问题
• 1.4 本文研究内容及技术路线
• 1.4.1 主要研究内容
• 1.4.2 本论文技术路线
• 1.4.3 主要的创新点
• 第二章 京沪高速铁路工程地质特征及现场试验研究
• 2.1 工程概况及工程地质条件
• 2.1.1 自然地理位置
• 2.1.2 工程地质和水文地质条件
• 2.1.3 工程设计方案
• 2.2 地基土的基本特性
• 2.2.1 土工试验成果分析
• 2.2.2 原位测试成果分析
• 2.3 桩板复合地基现场试验研究
• 2.3.1 现场试验方案及测试方法
• 2.3.2 现场检测试验成果分析
• 2.3.3 现场监测试验成果分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 桩板复合地基沉降时效特性数值计算模型的建立
• 3.1 概述
• 3.2 有限元理论
• 3.2.1 有限元理论基本方程
• 3.2.2 Biot固结问题的边界条件
• 3.3 ABAQUS程序介绍
• 3.3.1 ABAQUS基本模块
• 3.3.2 ABAQUS基本流程
• 3.4 桩板复合地基沉降时效特性计算模型的建立
• 3.4.1 单元选取
• 3.4.2 分析类型选取
• 3.4.3 时间步长选取
• 3.4.4 材料的本构关系选取
• 3.4.5 桩、土界面接触的处理
• 3.4.6 模型参数选取
• 3.4.7 几何模型和边界条件的确定
• 3.4.8 计算模型的建立
• 3.5 有限元分析桩板复合地基沉降时效特性的可行性
• 3.6 本章小结
• 第四章 端承桩桩板复合地基沉降时效特性影响因素分析
• 4.1 概述
• 4.2 褥垫层厚度对端承桩桩板复合地基沉降时效特性的影响
• 4.3 桩体参数对端承桩桩板复合地基沉降时效特性的影响
• 4.3.1 桩体长度对端承桩桩板复合地基沉降时效特性的影响
• 4.3.2 桩体直径对端承桩桩板复合地基沉降时效特性的影响
• 4.3.3 桩体间距对端承桩桩板复合地基沉降时效特性的影响
• 4.4 土体参数对端承桩桩板复合地基沉降时效特性的影响
• 4.4.1 土体初始孔隙比对端承桩桩板复合地基沉降时效特性的影响
• 4.4.2 土体压缩性对端承桩桩板复合地基沉降时效特性的影响
• 4.4.3 土体渗透性对端承桩桩板复合地基沉降时效特性的影响
• 4.5 填筑参数对端承桩桩板复合地基沉降时效特性的影响
• 4.5.1 填筑高度对端承桩桩板复合地基沉降时效特性的影响
• 4.5.2 填筑速率对端承桩桩板复合地基沉降时效特性的影响
• 4.6 本章小结
• 第五章 摩擦桩桩板复合地基沉降时效特性影响因素分析
• 5.1 概述
• 5.2 褥垫层厚度对摩擦桩桩板复合地基沉降时效特性的影响
• 5.3 桩体参数对摩擦桩桩板复合地基沉降时效特性的影响
• 5.3.1 桩体长度对摩擦桩桩板复合地基沉降时效特性的影响
• 5.3.2 桩体直径对摩擦桩桩板复合地基沉降时效特性的影响
• 5.3.3 桩体间距对摩擦桩桩板复合地基沉降时效特性的影响
• 5.4 土体参数对摩擦桩桩板复合地基沉降时效特性的影响
• 5.4.1 土体初始孔隙比对摩擦桩桩板复合地基沉降时效特性的影响
• 5.4.2 土体压缩性对摩擦桩桩板复合地基沉降时效特性的影响
• 5.4.3 土体渗透性对摩擦桩桩板复合地基沉降时效特性的影响
• 5.5 填筑参数对摩擦桩桩板复合地基沉降时效特性的影响
• 5.5.1 填筑高度对摩擦桩桩板复合地基沉降时效特性的影响
• 5.5.2 填筑速率对摩擦桩桩板复合地基沉降时效特性的影响
• 5.6 本章小结
• 第六章 按沉降控制的桩板复合地基优化设计
• 6.1 概述
• 6.2 按沉降控制的桩板复合地基优化设计思路和方法
• 6.3 按沉降控制的桩板复合地基影响因素优化
• 6.4 按沉降控制的桩板复合地基优化设计
• 6.5 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 进一步工作的建议与展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集