加筋垫层承载机理与工程应用研究

论文摘要

随着土工合成材料在土木工程领域的推广,以土工合成材料作为筋材的加筋垫层得到广泛的应用,社会经济效益显著。工程实践推动加筋垫层应用水平不断提高,但是加筋垫层加筋机理的理论研究还不完善,远远落后于工程实践,加筋垫层设计和计算还没有一套相对成熟的方法,这将直接影响着加筋垫层的进一步推广应用。本文在国内外加筋垫层研究成果的基础上,在筋材选择和布置、加筋垫层应力扩散角的分布规律、设置加筋垫层的地基的承载性能及加筋地基的工程应用做了较深入的研究,得出了一些有益的结论: 1.在加筋垫层设计中,筋材的长度、间距、层数等对于加筋垫层加筋效果的影响还不是很清楚,加筋垫层的设计往往依靠经验,缺乏必要的理论指导,选择的材料参数过于保守。本文应用有限元研究了设置加筋垫层的地基的承载性能和变形性状,得出了筋材参数(筋材层数、筋材间距、筋材埋深、筋材模量、筋材长度)和砂垫层的性质(砂垫层厚度、砂垫层内摩擦角)对加筋垫层加筋效果的影响规律,研究结果表明筋材参数对加筋垫层加筋效果影响存在最佳值:筋材层数为3层、筋材间距为0.2～0.25的基础宽度、筋材埋深为0.25倍的基础宽度、筋材长度为5倍的基础宽度。2.应力扩散角计算是加筋垫层设计的关键,但是目前应力扩散角的计算理论依据不足,规范计算与工程实际有较大的差距。本文应用基底附加应力反算法推导了应力扩散角的计算公式,然后应用该方法研究了加筋垫层设置参数和筋材参数对加筋垫层应力扩散角的影响规律,研究结果表明,加筋垫层应力扩散角的范围45o～60o,且加筋垫层设置参数和筋材参数都存在最优值,此时对应应力扩散角最大。最后采用正交回归分析法研究了应力扩散角的影响因素,结果表明筋材的间距对加筋垫层应力扩散角影响最大,其次是筋材的埋深,对加筋垫层应力扩散角影响最小的是筋材的长度,并推导了考虑各种影响因素的加筋垫层应力扩散角计算公式,弥补了工程实践中加筋垫层应力扩散角计算的不足。3.本文在总结归纳前人试验研究的基础上,得到了设置加筋垫层的地基的破坏形式,并应用极限平衡理论推导了设置加筋垫层的地基承载力公式。并用本文得到的计算公式与改进的Terzaghi承载力公式、王钊的极限分析法和有限元法进行比较,结果表明本文的计算公式很好地体现了加筋垫层的加筋机理,可为设置加筋垫层的地基承载力设计提供了参考。4.对用加筋垫层处理前后土岩组合地基的变形性状和承载性能进行了研究,

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 主要符号表
• 第一章 绪论
• 1.1 土工合成材料概况
• 1.1.1 土工合成材料定义
• 1.1.2 土工合成材料的分类
• 1.1.3 土工合成材料的功能
• 1.2 加筋垫层应用研究现状
• 1.2.1 加筋垫层的试验研究
• 1.2.2 加筋垫层的有限元数值分析
• 1.2.3 加筋垫层的加筋机理研究
• 1.2.4 加筋垫层的应力扩散角研究
• 1.2.5 设置加筋垫层的地基承载力研究
• 1.2.6 加筋垫层的工程应用研究
• 1.3 问题的提出及本文要研究内容
• 第二章 加筋垫层加筋效果影响因素分析
• 2.1 有限元简介及加筋垫层有限元模型的建立
• 2.2 加筋垫层影响因素有限元分析
• 2.2.1 加筋层数的影响
• 2.2.2 加筋长度的影响
• 2.2.3 筋材的轴向刚度EA 的影响
• 2.2.4 筋材的间距的影响
• 2.2.4.1 一层加筋情况下,筋材埋深的影响
• 2.2.4.2 多层加筋情况下,筋材间距的影响
• 2.2.5 垫层材料的影响
• 2.2.5.1 加筋垫层厚度的影响
• 2.2.5.2 加筋垫层内摩擦角的影响
• 2.3 本章小结
• 第三章 加筋垫层应力扩散角研究
• 3.1 加筋垫层应力扩散角的计算与单因素分析
• 3.1.1 加筋垫层应力扩散角计算方法及垫层性质对应力扩散角影响分析
• 3.1.2 不同加筋参数对垫层应力扩散角的影响
• 3.1.2.1 不同筋材首层间距对垫层应力扩散角的影响
• 3.1.2.2 不同加筋间距对垫层应力扩散角的影响
• 3.1.2.3 不同加筋层数对垫层应力扩散角的影响
• 3.1.2.4 不同加筋长度对垫层应力扩散角的影响
• 3.2 加筋垫层应力扩散角多因素正交回归分析
• 3.2.1 筋材参数正交分析
• 3.2.1.1 正交试验介绍及试验安排
• 3.2.1.2 试验结果分析
• 3.2.2 筋材参数多元回归分析
• 3.2.2.1 回归分析计算及结果分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 设置加筋垫层地基极限承载力研究分析
• 4.1 设置加筋垫层地基极限承载力理论分析
• 4.1.1 设置加筋垫层的地基极限承载力公式推导
• 4.2 理论公式实例验证
• 4.3 设置加筋垫层地基极限承载力影响因素分析
• 4.3.1 筋材长度的影响
• 4.3.2 筋材埋深的影响
• 4.3.3 筋材间距的影响
• 4.3.4 筋材层数的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 加筋垫层的工程应用—土岩组合地基的处理
• 5.1 土岩组合地基问题综述
• 5.2 设置加筋垫层的土岩组合地基变形特性和承载性能分析
• 5.2.1 设置加筋垫层的土岩组合地基变形特性分析
• 5.2.2 设置加筋垫层的土岩组合地基承载性能分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 个人简介及攻读学位期间发表的学术论文