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高速公路软基真空—堆载联合预压加固机理及其数值模拟

作　者: 赵常洲
导　师: 李智毅
学　校: 中国地质大学（北京）
专　业: 地质工程
关键词: 真空预压真空-堆载联合预压孔隙水压力有效应力本构模型
分类号: U416.1
类　型: 博士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

真空-堆载联合预压法是一种较好的高速公路软基处理方法。但是同工程实践相比较,理论研究相对滞后,为弄清机理,提高设计和施工水平,有必要作进一步深入的研究。(1)对九江大桥至江门市公路软基进行现场试验研究,分析结果表明:一般在地基相同的深度处:塑排真空度>淤泥真空度。加固区内地基中的孔隙水压力的最大消散值可分为两个组成部分:一为真空度的直接传递导致的孔压下降值;二为抽真空引起水位线下降进而引起的孔压消散值。淤泥地基中孔隙水压力消散主要是由于地下水位线的下降引起的;而塑排中的孔压消散大部分由真空度直接引起。在路基填筑期间,淤泥地基与竖向排水体之间的孔压差增大,加速土体固结。地表的水平位移影响范围可达24m,约为1倍排水板深度的距离。通过十字板剪切试验与静力触探试验,加固后土体的抗剪强度一般可提高1.5～6倍,说明真空联合堆载预压加固软土地基的效果显著。(2)在现场试验研究成果的基础上,通过堆载预压与真空预压的对比阐述了真空预压加固地基机理,对真空-堆载联合预压机理及存在的若干问题进行了分析。对地下水位线以下的真空度成因进行了分析,结果表明,地下水位线以下测到的真空度是由于测试软管中水位下降或部分封存气体从软管末端逃逸引起的,与地下水位线以上的真空度由抽气直接形成在成因上存在不同,对有效影响深度的分析结果表明,真空预压的有效影响深度与塑料排水板的打设深度具备一定关系,有效影响深度可以超过l0m。在井阻较小的情况下,负压一般可传递到塑排以下2～3m的淤泥中,随着塑排打设深度的增加,土体竖向位移与水平位移的总量随之增加,影响范围随塑排深度的增加而扩大。(3)对九江大桥(G325)至江门市公路软基选取了三个典型断面,应用平面应变有效应力有限元法对路堤固结变形特性进行了模拟计算,计算采用沈珠江院士提出的“南水”双屈服面模型,分析了采用排水板等载预压、真空-堆载联合预压及真空-堆载联合预压+深层搅拌桩墙方案处理软土路基的地面沉降、水平位移、孔隙水压力以及其在空间、时间上的变化趋势,分析地面沉降、水平位移对邻近的西江大堤的影响。为保护江堤安全和软基处理提供了理论依据和参考数据。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
1 绪论  10-29
  1.1 概述  10-12
  1.2 国内外研究现状  12-27
    1.2.1 真空预压施工技术的发展  12-13
    1.2.2 真空-堆载联合预压法简介  13-15
    1.2.3 加固机理的研究现状  15-18
    1.2.4 计算理论的研究现状  18-27
    1.2.5 在高速公路软基处理中的设计及应用问题  27
  1.3 本文主要工作  27-29
2 真空-堆载预压法的现场试验研究  29-39
  2.1 现场试验概述  29
  2.2 工程地质条件  29-33
    2.2.1 线路地基的地层岩性及岩土性质  29-32
    2.2.2 试验段工程地质条件  32-33
  2.3 试验方案  33-34
  2.4 真空-堆载联合预压试验施工方案  34
  2.5 现场试验监测方案  34-37
  2.6 加固效果检验试验方案  37-39
3 真空-堆载预压试验成果分析  39-59
  3.1 真空度的监测成果分析  39-43
    3.1.1 膜下真空度监测成果分析  39-40
    3.1.2 塑排中真空度监测成果分析  40-41
    3.1.3 淤泥中真空度监测成果分析  41-43
  3.2 孔隙水压力的监测结果分析  43-46
    3.2.1 真空-堆载联合预压的孔隙水压力监测成果  43-44
    3.2.2 堆载对孔隙水压力的影响  44-46
    3.2.3 真空-堆载联合预压中的孔压差分析  46
  3.3 地下水位监测方法与成果分析  46-47
  3.4 土体水平位移的监测成果分析  47-50
  3.5 地表沉降的监测成果分析  50-52
    3.5.1 地表沉降随时间变化规律分析  50-51
    3.5.2 地表沉降随空间位置变化规律分析  51-52
  3.6 分层沉降的监测成果分析  52-53
  3.7 加固效果检验  53-56
    3.7.1 膜下真空度与加载速率分析  53
    3.7.2 表面沉降的观分析  53
    3.7.3 加固前后室内物理力学指标的变化分析  53-54
    3.7.4 加固前后土体强度的比较  54-56
  3.8 小结  56-59
4 真空-堆载联合预压加固软基机理的探讨  59-68
  4.1 概述  59
  4.2 真空排水预压法加固软基机理  59-60
  4.3 堆载预压法加固软基机理  60-62
  4.4 真空预压法与堆载预压法的对比  62-66
    4.4.1 加固机理的对比  62
    4.4.2 应力路径的对比  62-64
    4.4.3 强度增长的对比  64-66
    4.4.4 真空预压加固地基的应变分析  66
  4.5 真空-堆载联合预压法加固软基机理  66-68
5 数值模拟计算  68-107
  5.1 计算理论  68-69
  5.2 计算模式  69-71
  5.3 计算原理  71-72
  5.4 边界条件  72
  5.5 排水体模拟方法  72-73
  5.6 计算方案  73-74
  5.7 模拟过程  74-75
  5.8 计算参数  75-78
  5.9 计算结果分析  78-103
    5.9.1 K11+000 参考断面  78-84
    5.9.2 K15+530 参考断面  84-93
    5.9.3 K15+790 参考断面  93-103
  5.10 结果分析  103-105
  5.11 小结  105-107
6 结论和建议  107-110
  6.1 主要结论  107-109
  6.2 进一步研究工作的建议  109-110
致谢  110-111
参考文献  111-120
在学期间发表的论文  120

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