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散体材料桩+水平加筋复合地基沉降分析

作　者: 孙建兵
导　师: 赵明华
学　校: 湖南大学
专　业: 岩土工程
关键词: 复合地基复合模量沉降相似理论室内模型试验
分类号: TU473.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 50次
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内容摘要

目前,随着我国高速公路交通网建设的发展,高速公路必然要经过大量的软土地基区域,此时,如何处理软土路基成为公路建设的关键问题之一。随着软土地基问题日益突出,各种软基处治技术也随之得到了蓬勃发展。散体材料桩+水平加筋复合地基法是目前国内外兴起的一种新型的软基处治技术。但是该处治技术的理论研究尚欠成熟。为此,本文结合国家高技术研究发展计划(863计划)项目“大面积不均匀公路软弱地基按沉降控制双向增强处治技术”(2006AA11Z104),针对散体材料桩+水平加筋复合地基沉降计算及作用机理等方面,通过理论分析及室内模型试验进行较深入的研究。本文首先针对复合地基的复合模量是计算复合地基沉降的关键参数,但求解出完全符合实际的精确解较困难的情况,在分析复合模量现有计算方法及计算中存在的问题基础上,将散体材料桩+水平加筋复合地基的加固区看成由桩和土组成的复合材料,从整体上考虑,避免了桩与土之间复杂的相互作用机理分析,并采用弹性理论中最小势能原理和最小余能原理计算复合模量,推求出复合模量的上下限值计算公式。其次,在借鉴前人研究成果的基础上,深入探讨了散体材料桩+水平加筋复合地基的承载机理,将加筋体和复合地基垫层作为一个整体薄板加以考虑,在考虑薄板非线性变形及加筋体水平抗力作用的基础上,基于虚功理论及Winkler弹性地基模型,建立出散体材料桩+水平加筋复合地基加固区沉降计算方法。该方法能综合反映上部荷载、面积置换率、垫层与桩间土刚度以及桩土应力比等主要因素的影响。最后,为了进一步研究散体材料桩+水平加筋复合地基的沉降特性,在相似理论基础上设计并完成：单纯软土路基模型试验、碎石桩处理软土路基模型试验、土工格室垫层+碎石桩处理软土路基模型试验与土工格栅垫层+碎石桩处理软土路基模型试验共四组室内试验。试验结果分析表明,散体材料桩+水平加筋复合地基能有效扩散和均化上部荷载,从而达到加固软基、减小地基沉降和不均匀沉降的效果,而且能够限制路堤外侧的隆起变形。同时,碎石桩与水平加筋垫层共同构成比较完善的排水体系,有利于加速桩间土排水固结。通过复合地基加固区沉降理论计算值与模型试验实测值的对比分析表明,两者吻合较好,进而验证了本文理论分析方法的合理性与可行性。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-21
  1.1 研究背景  11-12
  1.2 散体材料桩+水平加筋复合地基研究现状  12-16
    1.2.1 国内外试验研究概况  12-14
    1.2.2 理论分析研究概况  14-16
  1.3 散体材料桩+水平加筋复合地基应用概况  16-18
    1.3.1 软弱路基的处理  16-17
    1.3.2 桥台后过渡段  17
    1.3.3 旧路拓宽  17
    1.3.4 房屋基础加固  17-18
  1.4 研究目的和意义  18-19
    1.4.1 单一类型复合地基的不足  18
    1.4.2 提高技术经济效益的需要  18-19
  1.5 本文主要研究内容  19-21
第2章散体材料桩+水平加筋复合地基作用机理  21-29
  2.1 概述  21
  2.2 土工合成材料  21-23
    2.2.1 土工合成材料的功能  22
    2.2.2 土工合成材料的应用  22-23
  2.3 水平加筋作用机理  23-25
    2.3.1 宏观作用机理  23-24
    2.3.2 微观作用机理  24-25
  2.4 桩体作用机理  25-26
    2.4.1 散体材料桩作用机理  25-26
    2.4.2 刚、柔性桩作用机理  26
  2.5 水平加筋垫层和桩体共同作用机理  26-27
  2.6 褥垫层作用机理  27-29
    2.6.1 褥垫层的含义  27-28
    2.6.2 褥垫层的工作机理  28
    2.6.3 褥垫层的作用  28-29
第3章散体材料桩复合地基复合模量极限值分析  29-39
  3.1 概述  29
  3.2 复合模量常用计算方法  29-31
    3.2.1 公路路基设计规范法  30
    3.2.2 弹性理论分析法  30
    3.2.3 经验法  30-31
  3.3 能量原理  31-33
    3.3.1 最小势能理论  31-32
    3.3.2 最小余能理论  32-33
  3.4 复合模量极限值计算  33-35
    3.4.1 上限值推导  33-34
    3.4.2 下限值推导  34-35
  3.5 复合模量极限值参数分析  35-39
    3.5.1 上限值参数分析  35-36
    3.5.2 下限值参数分析  36-37
    3.5.3 应用实例分析  37-39
第4章散体材料桩+水平加筋复合地基沉降计算  39-50
  4.1 概述  39-40
  4.2 沉降含义及构成  40-41
  4.3 基于Winkler模型的复合地基沉降计算  41-47
    4.3.1 桩土加固区沉降计算  41-46
    4.3.2 加固区下卧层沉降计算  46-47
  4.4 参数分析  47-50
    4.4.1 路堤总高度  47
    4.4.2 桩间距  47-48
    4.4.3 地基反力系数  48
    4.4.4 加筋垫层  48-50
第5章散体材料桩+水平加筋复合地基模型试验  50-66
  5.1 概述  50
  5.2 相似理论  50-54
    5.2.1 相似理论基本概念  50-51
    5.2.2 相似理论三大定理  51-52
    5.2.3 复合地基相似模拟  52-53
    5.2.4 相似理论与模型试验关系  53-54
  5.3 室内模型试验设计  54-57
    5.3.1 拟测试项目  54
    5.3.2 模型试验装置  54-57
    5.3.3 布桩及土压力盒埋设  57
  5.4 各种材料性能及其参数测量  57-59
    5.4.1 路堤填土  57-58
    5.4.2 碎石级配  58
    5.4.3 土工格室  58-59
    5.4.4 土工格栅  59
  5.5 模型试验内容与方法  59-66
    5.5.1 单纯软土路基模型试验  60
    5.5.2 碎石桩处理软土路基模型试验  60-63
    5.5.3 碎石桩+土工格室处理软土路基模型试验  63-64
    5.5.4 碎石桩+土工格栅处理软土路基模型试验  64-66
第6章室内模型试验成果分析及其工程应用  66-80
  6.1 概述  66
  6.2 荷载—沉降曲线分析  66-70
    6.2.1 载荷板尺寸效应  66-68
    6.2.2 处理方案影响  68-70
  6.3 应力测量结果与分析  70-75
    6.3.1 应力测量结果汇总  71-72
    6.3.2 测量结果分析  72-75
  6.4 应用实例分析  75-80
    6.4.1 模型试验验证  75-78
    6.4.2 工程实例分析  78-80
结论及展望  80-82
参考文献  82-87
致谢  87-88
附录A (攻读学位期间论文、著作及科研情况)  88

散体材料桩+水平加筋复合地基沉降分析

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