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桩承式路堤土拱效应的颗粒流分析

作　者: 完绍金
导　师: 许朝阳
学　校: 扬州大学
专　业: 岩土工程
关键词: 桩承式路堤 室内试验 颗粒流 土拱效应 交通荷载 耦合分析 应力折减系数
分类号: U416.12
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


桩承式路堤是指利用刚性桩加固软土的一种地基处理形式。具有加固周期短、工后沉降小以及工程造价相对较低等优点。在桩承式路堤填筑过程中,桩土产生相对位移,填土颗粒重新排列、相互楔紧,从而形成土拱,将荷载向桩顶传递。本文在前人研究的基础之上,利用室内模型试验、颗粒流仿真数值模拟相结合的方法进行桩承式(加筋)路堤的宏细观机理研究,主要研究内容如下：(1)通过桩承式路堤室内小比例尺可视化模型试验,研究路堤填筑过程中应力及位移变化规律,观测土拱区域内和筋土界面处土体颗粒位移。研究填土高度、桩距、桩帽尺寸、桩土差异沉降等因素对荷载传递及土拱效应参数的影响,分析交通荷载作用下桩承式路堤宏观力学参数变化规律。(2)应用细观照片分析技术研究了拱脚内侧的颗粒运动和演化过程,从颗粒尺寸角度对桩承式路堤的荷载传递机理进行了分析,并揭示了土拱效应形成和发展的机理。(3)选取两组典型工况,对未设格栅和设格栅路堤进行了静载→动载→静载作用的时间效应分析,探讨了桩、土应力随填土颗粒重新排列的响应规律。(4)以室内试验为基础,建立能够模拟桩承式加筋路堤桩、土、加筋体各元素间相互作用、接触界面非连续接触的颗粒流模型。分析堆填和加载过程中土体各细观参量与土体的位移场、应力场等宏观力学现象间的联系。结合模型试验,改变砂土的细观参量、桩距、桩帽尺寸等,研究各设计参数对桩承式路堤工作性状的影响,进行参数敏感性分析,进一步研究土拱形成和发展的力学机理。(5)建立桩承式路堤拓宽工程的离散-连续耦合数值分析模型,并验证其可靠性。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-18
  1.1 概述  9-10
  1.2 国内外应用及研究现状  10-17
    1.2.1 桩承式路堤应用现状  10-11
    1.2.2 桩承式路堤研究现状  11-17
  1.3 本文的主要工作  17-18
第2章 桩承式路堤模型试验研究  18-42
  2.1 引言  18
  2.2 室内试验概况  18-23
    2.2.1 室内试验方案及试验装置  18-21
    2.2.2 试验过程及仪器布置  21-23
  2.3 静载作用下桩承式路堤的研究  23-28
    2.3.1 路堤填筑过程中应力分析  23-26
    2.3.2 路堤填筑过程中位移分析  26-27
    2.3.3 应力折减系数影响因素分析  27-28
  2.4 细观组构研究  28-34
    2.4.1 细观显微图片的分析  29-32
    2.4.2 长轴定向分析  32-33
    2.4.3 细观参数分析  33-34
  2.5 交通荷载作用下桩承式路堤的研究  34-38
    2.5.1 竖向应力分析  34-36
    2.5.2 水平应力分析  36
    2.5.3 桩帽影响分析  36-37
    2.5.4 桩距影响分析  37-38
    2.5.5 振动效应分析  38
  2.6 长期观测  38-40
  2.7 本章小结  40-42
第3章 静荷载作用下桩承式路堤颗粒流分析  42-60
  3.1 引言  42
  3.2 数值分析理论及参数确定  42-45
    3.2.1 颗粒流方法  42-43
    3.2.2 颗粒流本构模型  43-45
  3.3 颗粒流模型的建立  45-50
    3.3.1 PFC~(2D)模型的建立和模拟的步骤  45-47
    3.3.2 颗粒流参量的确定  47-50
    3.3.3 数值模拟方案  50
  3.4 数值模拟结果与分析  50-59
    3.4.1 应力分析  50-55
    3.4.2 位移分析  55-56
    3.4.3 长轴定向分析  56-57
    3.4.4 主应力分析  57-58
    3.4.5 敏感性分析  58-59
  3.5 本章小结  59-60
第4章 交通荷载作用下桩承式路堤颗粒流分析  60-69
  4.1 引言  60
  4.2 应力分析  60-62
  4.3 位移分析  62-64
  4.4 接触力分析  64-65
  4.5 振动效应分析  65-68
  4.6 本章小结  68-69
第5章 桩承式路堤拓宽工程耦合分析模型的建立  69-76
  5.1 引言  69
  5.2 耦合分析模型的建立  69-72
    5.2.1 工程概况及相关参数  69
    5.2.2 数值模拟材料相关参数的选取  69-70
    5.2.3 模型的建立  70-72
  5.3 耦合结果分析  72-75
  5.4 本章小结  75-76
第6章 结论与展望  76-78
  6.1 结论  76-77
  6.2 展望  77-78
参考文献  78-81
致谢  81-82
攻读硕士学位期间发表的学术论文  82-83

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 道路工程 > 路基、路面工程 > 路基工程 > 路堤
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