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粉喷桩复合地基承载性能分析及优化方法研究

作　者: 江立群
导　师: 颜庆智
学　校: 中国石油大学
专　业: 岩土工程
关键词: 粉喷桩复合地基现场试验时间效应优化方法
分类号: TU473.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着基础建设规模的不断扩大和地基处理技术的迅猛发展,粉喷桩复合地基已在理论和实践中均取得了相当的进步,但其理论研究还远远不能满足实践的需要,有一些问题亟待解决。本文通过现场静载荷试验、桩土应力比测试试验以及水泥土室内强度试验对粉喷桩复合地基的承载性能进行了系统的研究,表明地基处理后其力学性质和变形特性得到明显改善,验证了设计计算的合理性和施工加固效果的可靠性,以期对粉喷桩复合地基的承载性能有一个比较客观可靠的说明,并提出粉喷桩单桩承载力具有明显的时间效应。采用平面应变有限单元方法对粉喷桩复合地基的承载性能进行分析,反映出桩周土分担荷载作用以及桩土应力比随影响因素的变化规律,并与现场试验结果进行比较,基本符合实测结果,说明该方法具有一定的实用性。优化方法是使目标函数在控制条件下达到最小值的方法,借鉴ANSYS一阶优化方法,基于目标函数对设计变量的敏感程度,对粉喷桩复合地基进行优化设计研究。在满足强度和变形要求的前提下,以水泥用量为目标函数,分析设计变量对复合地基承载力及沉降的影响程度,计算得出设计变量桩长、置换率和水泥掺入比三者之间的最优化组合,同时为黄河三角洲地区类似工程地基处理提供有益的参考。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-16
  1.1 复合地基研究现状  9-12
    1.1.1 国内外发展现状  9-11
    1.1.2 复合地基的作用机理  11-12
  1.2 粉喷桩研究现状  12-15
    1.2.1 国内外发展现状  12-13
    1.2.2 适用的工程对象  13
    1.2.3 粉喷桩发展趋势  13-15
    1.2.4 粉喷桩存在的问题  15
  1.3 本文的研究内容  15-16
第二章粉喷桩复合地基承载性能理论研究  16-25
  2.1 加固机理  16-18
    2.1.1 水泥土的硬化机理  16-17
    2.1.2 粉喷桩的加固机理  17-18
  2.2 破坏形式  18
  2.3 荷载传递机理  18-20
    2.3.1 桩的荷载传递机理  18-19
    2.3.2 桩土共同承担荷载  19
    2.3.3 荷载与桩土应力之间的关系  19-20
  2.4 粉喷桩复合地基承载力计算  20-21
    2.4.1 粉喷桩单桩竖向承载力设计计算  20-21
    2.4.2 粉喷桩复合地基的设计计算  21
  2.5 粉喷桩复合地基的沉降验算  21-23
    2.5.1 加固区土体压缩量s_1 的计算  22
    2.5.2 下卧层沉降量s_2 计算  22-23
  2.6 时间效应和群桩效应  23-25
    2.6.1 单桩承载力时间效应  23-24
    2.6.2 群桩效应  24-25
第三章粉喷桩复合地基试验研究  25-44
  3.1 概述  25
  3.2 静载荷试验  25-27
    3.2.1 加载与测试系统  26
    3.2.2 试验标准  26-27
    3.2.3 试验方法  27
  3.3 静载试验结果分析  27-35
    3.3.1 单桩载荷试验分析  27-29
    3.3.2 原状土与桩间土静载荷试验比较分析  29-32
    3.3.3 单桩复合与多桩复合地基试验比较分析  32-35
  3.4 桩土应力比测试试验  35-37
    3.4.1 桩土应力比随荷载的变化规律  35-37
    3.4.2 桩土应力比随时间的变化规律  37
  3.5 水泥土室内强度试验  37-40
    3.5.1 试验概述  37-38
    3.5.2 试验成果分析  38-40
  3.6 不同龄期的单桩载荷试验  40-42
  3.7 小结  42-44
第四章粉喷桩复合地基承载性能有限元分析  44-60
  4.1 复合地基有限元法  44-48
    4.1.1 有限元法简介  44-46
    4.1.2 本构模型  46-48
    4.1.3 基本假定  48
  4.2 天然地基承载性能分析  48-50
    4.2.1 有限元计算模型  48-49
    4.2.2 ANSYS计算结果和现场试验结果比较分析  49-50
  4.3 单桩承载性能分析  50-51
    4.3.1 有限元计算模型  50
    4.3.2 ANSYS计算结果和现场试验结果比较分析  50-51
  4.4 单桩复合地基承载性能分析  51-56
    4.4.1 有限元计算模型  51-52
    4.4.2 单桩荷载传递规律  52-53
    4.4.3 桩土应力比  53-55
    4.4.4 ANSYS计算结果和现场试验结果比较分析  55-56
  4.5 多桩复合地基承载性能分析  56-58
    4.5.1 多桩有限元计算模型  56-57
    4.5.2 ANSYS计算结果和现场试验结果比较分析  57-58
  4.6 小结  58-60
第五章粉喷桩复合地基优化方法研究  60-74
  5.1 优化方法概述  60-62
    5.1.1 优化方法  60-61
    5.1.2 优化工具  61
    5.1.3 优化收敛条件  61-62
  5.2 ANSYS模拟粉喷桩复合地基优化研究  62-73
    5.2.1 基本假定  62
    5.2.2 模型建立  62-63
    5.2.3 变量及函数的选取  63-65
    5.2.4 优化过程  65-66
    5.2.5 设计变量对复合地基承载力的影响分析  66-68
    5.2.6 设计变量对复合地基沉降的影响分析  68-72
    5.2.7 优化方案与原试验方案比较  72-73
  5.3 小结  73-74
结论与展望  74-76
参考文献  76-79
攻读硕士学位期间取得的学术成果  79-80
致谢  80

粉喷桩复合地基承载性能分析及优化方法研究

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