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夯扩CFS桩桩体材料试验及复合地基颗粒流模拟研究

作　者: 邝利军
导　师: 叶洪东
学　校: 河北工程大学
专　业: 地质工程
关键词: 钢渣粉煤灰混合料配比夯扩CFS桩复合地基颗粒流模拟
分类号: TU473.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 21次
引　用: 1次
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内容摘要

本文针对夯底扩端CFS桩复合地基(简称:夯扩CFS桩)这种新的地基处理技术进行研究。在前人工作的基础上,通过室内试验对桩体材料的强度特性进行了分析;应用颗粒流程序(PFC2D)对夯扩CFS桩及其复合地基进行了模拟;讨论夯扩CFS桩体强度机理和复合地基加固机理以及褥垫层作用机理;初步讨论了夯扩CFS桩及其复合地基承载力和沉降设计计算以及施工工艺。主要完成了如下工作:(1)分析钢渣、粉煤灰、外加剂物理化学特性,研究了钢渣的级配问题。根据规范和在前人试验的基础上,设计了一套配比方案。根据方案制作了试块并进行了无侧限抗压强度。对无侧限抗压强度实验结果,分析了影响试块强度的因素。(2)介绍颗粒流程序。应用颗粒流程序对夯扩CFS单桩及其复合地基进行了模拟。根据模拟成果土体颗粒分布图、颗粒位移矢量图、荷载-位移Q-S曲线图以及土体压力等值线(孔隙度、应力)图,分析各荷载作用下的夯扩CFS桩及其复合地基的颗粒分布、颗粒矢量变化、荷载传递特性以及桩土作用机理。(3)从理论上对夯扩CFS桩的桩体强度形成机理、扩大头形成机理、桩复合地基加固机理、褥垫层作用机理进行了分析研究。结合室内试验和颗粒流模拟的成果,对部分作用机理分析和验证。(4)结合低强度混凝土桩技术和夯扩CFS桩及其复合地基自身特点,提出了夯扩CFS桩复合地基承载力、沉降计算公式、设计思路以及施工工艺流程和施工要点。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-12
第1章绪论  12-21
  1.1 研究的目的和意义  12-13
  1.2 国内外研究现状及存在的问题  13-19
    1.2.1 钢渣和粉煤灰材料在土建工程中的应用研究现状  13-16
    1.2.2 夯底扩端桩的研究现状  16-17
    1.2.3 桩复合地基数值模拟分析研究现状  17-18
    1.2.4 存在的问题  18-19
  1.3 本文主要工作  19-20
  1.4 研究的技术路线  20-21
第2章桩体材料室内试验研究  21-38
  2.1 概述  21
  2.2 试验原材料特性分析  21-28
    2.2.1 钢渣  21-24
    2.2.2 粉煤灰  24-26
    2.2.3 碎石  26-27
    2.2.4 水泥  27
    2.2.5 外加剂  27-28
  2.3 水泥、粉煤钢渣混合料配比设计及试验  28-29
    2.3.1 混合料配比设计  28-29
    2.3.2 试验内容  29
    2.3.3 试验要点  29
  2.4 试验成果与分析  29-37
    2.4.1 水泥掺量对混合料抗压强度的影响  30-32
    2.4.2 外加剂类型对混合料抗压强度的影响  32-33
    2.4.3 龄期对混合料强度的影响  33-34
    2.4.4 扫描电镜试验分析  34-36
    2.4.5 材料试验结论  36-37
  2.5 本章小结  37-38
第3章单桩及桩复合地基颗粒流模拟  38-67
  3.1 问题的提出  38
  3.2 颗粒流理论和PFC2D 计算程序  38-44
    3.2.1 颗粒流方法产生的背景  38-39
    3.2.2 颗粒流的基本理论及假定  39-41
    3.2.3 颗粒流方法的特点  41-42
    3.2.4 土本构行为的颗粒流模拟  42-43
    3.2.5 颗粒流模型中颗粒“块”的理论背景  43
    3.2.6 颗粒流方法解题途径  43-44
  3.3 夯扩CFS 单桩及其复合地基的颗粒流模拟  44-65
    3.3.1 模型构建  44-46
    3.3.2 模型试验数据的获取  46-47
    3.3.3 竖向荷载作用下的夯扩单桩模拟及其结果分析  47-55
    3.3.4 竖向荷载作用下的夯扩桩复合地基模拟及其结果分析  55-65
  3.4 本章小结  65-67
第4章夯扩CFS 桩复合地基机理研究  67-74
  4.1 桩体强度形成机理  67-69
    4.1.1 桩体强度形成机理概述  67-68
    4.1.2 混合料各成分之间的反应机理  68-69
  4.2 扩大头形成机理  69-70
    4.2.1 概述  69
    4.2.2 在不同土质条件下，夯扩机理的差别  69-70
    4.2.3 土层在不同饱和状态下，夯扩机理的差别  70
  4.3 夯扩CFS 桩复合地基加固机理  70-72
  4.4 钢渣褥垫层的作用  72-73
    4.4.1 保证桩、桩间土共同承担荷载  72
    4.4.2 调整桩、土荷载分担比  72-73
    4.4.3 减少桩顶水平应力集中的作用  73
    4.4.4 减小基础底面应力集中  73
  4.5 本章小结  73-74
第5章夯扩CFS 桩复合地基设计计算  74-88
  5.1 概述  74
  5.2 夯扩CFS 桩复合地基承载力计算  74-81
    5.2.1 扩大头计算  74-77
    5.2.2 单桩竖向承载力计算  77-79
    5.2.3 复合地基承载力计算  79-81
  5.3 夯扩CFS 桩复合地基沉降计算  81-83
    5.3.1 加固区的变形量  82
    5.3.2 下卧层土层的变形量  82-83
  5.4 夯扩CFS 桩复合地基设计  83-84
    5.4.1 设计思想  83-84
    5.4.2 夯扩CFS 桩复合地基设计步骤  84
  5.5 夯扩桩的制作工艺  84-87
    5.5.1 施工工艺流程  84-86
    5.5.2 施工要点  86-87
  5.6 本章小结  87-88
第6章结论与展望  88-91
  6.1 结论  88-89
  6.2 展望  89-91
参考文献  91-95
致谢  95-96
作者简介  96
攻读硕士学位期间发表的论文  96
攻读硕士学位期间参加的科研项目  96

夯扩CFS桩桩体材料试验及复合地基颗粒流模拟研究

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