京津客运专线路基桩板复合地基沉降特性研究

论文摘要

软土地基上修建客运专线,路基沉降成为亟需解决的问题。作为从建筑工程中“嫁接”而来的一种新型地基处理方式,桩板复合地基具有沉降小、施工快、工期短、强度高、刚度大、稳定性和耐久性好、建筑成本适当、施工工艺简单、环保效果显著等特点。但是因其工作机理非常复杂,研究工作相对滞后,对其沉降特性的认识和计算不成熟,还未建立起系统的理论体系,相应的设计规范尚未形成,工程实践尚处于摸索和积累经验阶段,主要沿用常规复合地基理论和依靠经验进行设计,影响了其应用的科学性。基于此,本文以京津客运专线为依托,采用理论分析、现场试验和数值计算等手段,首次较为系统地研究了桩板复合地基的在静、动力荷载作用下的沉降特性,分析了桩板复合地基结构参数对地基沉降影响的程度和规律。本文的主要研究内容和成果如下:对京津客运专线桩板复合地基进行了现场试验研究,并对现场观测结果进行了分析,包括对单桩载荷试验、基桩低应变测试、地基沉降变形特性、地基土水平变形特性、孔隙水压力变化规律和桩土荷载分担规律的分析。建立了桩板复合地基的三维数值计算模型,研究了桩板复合地基的沉降性状和附加应力的一般变化规律,分析了沉降特性的诸多影响因素,包括桩体参数(桩体长度、模量和间距)、垫层参数(垫层厚度和模量)、路堤填土高度和钢筋砼板参数(钢筋砼板厚度和模量)等对桩板复合地基沉降影响的程度和规律,对于桩板复合地基的设计和应用推广具有指导意义。从系统的角度出发,运用耦合动力学思想,应用D’Alembert原理建立车辆和轨道运动方程,求解了高速列车动荷载时程曲线。在此基础上建立了客运专线路基桩板复合地基平面应变模型,分析了计算模型在高速列车动荷载作用下的动力响应规律,研究了列车移动速度和桩体相关参数对其动力指标的影响程度和规律。根据对桩板复合地基静、动力荷载作用下沉降特性的计算分析,探讨了按沉降控制的桩板复合地基结构设计方法。将桩体长度和桩体间距作为设计参数,以沉降量或路基工后沉降量作为约束变量,用工程造价作为目标函数,对桩板复合地基按沉降控制进行结构设计是简单可行的。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第1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 客运专线路基建设中的关键技术问题
• 1.3 客运专线复合地基及其沉降研究最新进展
• 1.3.1 复合地基的概念
• 1.3.2 客运专线软土地基处理常用复合地基型式
• 1.3.3 复合地基沉降理论计算研究现状
• 1.3.4 复合地基沉降数值计算研究现状
• 1.4 客运专线高速列车动荷载的计算
• 1.4.1 高速列车动荷载产生的机理
• 1.4.2 高速列车动荷载的计算与测试
• 1.5 主要研究内容和技术路线
• 1.5.1 主要研究内容
• 1.5.2 本论文技术路线
• 1.5.3 主要的创新点
• 第2章 京津客运专线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 工程概况及工程地质条件
• 2.1.2 京津客运专线工程设计方案
• 2.2 监测方案及测试内容和方法
• 2.2.1 监测方案
• 2.2.2 测试内容和方法
• 2.3 桩身完整性检测及其结果分析
• 2.4 载荷试验及成果分析
• 2.5 现场观测结果分析
• 2.5.1 地基沉降变形特性
• 2.5.2 地基土水平变形特性
• 2.5.3 孔隙水压力变化规律
• 2.5.4 桩、土分担荷载规律
• 2.6 本章小结
• 第3章 桩板复合地基数值计算模型的建立
• 3.1 引言
• 3.2 桩板复合地基静力数值计算模型的建立
• 3.2.1 空间问题的有限元分析理论
• 3.2.2 MARC程序结构特点
• 3.2.3 材料本构关系
• 3.2.4 桩、土界面接触的处理
• 3.2.5 计算模式的确定
• 3.2.6 计算参数的确定
• 3.2.7 几何模型和边界条件的确定
• 3.2.8 计算模型的建立
• 3.3 桩板复合地基动力数值计算模型的建立
• 3.3.1 高速列车动荷载的计算
• 3.3.2 材料本构关系
• 3.3.3 几何方程
• 3.3.4 计算域、边界条件及处理方法
• 3.4.5 材料计算参数
• 3.4.6 单元尺寸的确定
• 3.4.7 计算模型的建立
• 3.4 本章小结
• 第4章 客运专线路基桩板复合地基沉降影响因素的计算分析
• 4.1 引言
• 4.2 桩板复合地基表面沉降基本特征
• 4.2.1 表面沉降曲线基本特征
• 4.2.2 桩土附加应力基本特征
• 4.3 桩体参数对桩板复合地基沉降特性的影响
• 4.3.1 桩体模量对桩板复合地基沉降特性的影响
• 4.3.2 桩体长度对桩板复合地基沉降特性的影响
• 4.3.3 置换率（桩体间距）对桩板复合地基沉降特性的影响
• 4.4 垫层对桩板复合地基沉降特性的影响
• 4.4.1 垫层模量对桩板复合地基沉降特性的影响
• 4.4.2 垫层厚度对桩板复合地基沉降特性的影响
• 4.5 路堤高度对桩板复合地基沉降特性的影响
• 4.6 钢筋砼板对桩板复合地基沉降特性的影响
• 4.6.1 钢筋砼板厚度对桩板复合地基沉降特性的影响
• 4.6.2 钢筋砼板模量对桩板复合地基沉降特性的影响
• 4.7 本章小结
• 第5章 客运专线路基桩板复合地基动力计算分析
• 5.1 客运专线路基桩板复合地基的动力响应基本特征
• 5.2 客运专线路基桩板复合地基动力响应参数分析
• 5.2.1 列车速度对动力指标的影响规律
• 5.2.2 桩体长度对动力指标的影响规律
• 5.2.3 桩体间距对动力指标的影响规律
• 5.2.4 桩体模量对动力指标的影响规律
• 5.3 本章小结
• 第6章 按沉降控制的桩板复合地基结构设计
• 6.1 引言
• 6.2 按沉降控制的桩板复合地基结构设计思路
• 6.3 按沉降控制的桩板复合地基结构设计内容
• 6.4 按沉降控制的桩板复合地基的结构设计方法
• 6.5 按路基工后沉降控制的桩板复合地基结构设计
• 6.6 应用
• 6.7 本章小结
• 第7章 结论和建议
• 7.1 结论
• 7.2 进一步工作的建议
• 参考文献
• 作者简历
• 致谢
• 学位论文数据集