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CFG桩复合地基加固深厚软基沉降计算研究

作　者: 詹云刚
导　师: 赵维炳
学　校: 南京工业大学
专　业: 岩土工程
关键词: 路堤荷载 CFG桩复合地基沉降桩土共同作用固结度有限元
分类号: TU473.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 571次
引　用: 11次
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内容摘要

在深厚软基上修建高等级公路,消除路桥过渡段差异沉降带来的“桥头跳车”这一突出病害,需控制过渡段路基的沉降量,尤需严格控制工后沉降量。近年来引入的CFG桩复合地基处理技术,以其桩身强度高、可全桩长传递荷载而得到广泛应用。目前,CFG桩复合地基沉降计算方法、固结度计算方法还不成熟,已有的研究成果大多集中在刚性基础下的试验、计算方面。而路堤荷载可视为柔性荷载。因此,加强现场试验和原型观测,研究柔性荷载下CFG桩复合地基的固结、变形规律,探讨沉降计算方法,以适用以控制工后沉降为目标的地基处理技术的转变,具有实际意义。论文主要进行了以下几个方面的研究工作: 1、对选定的试验段进行了单桩、单桩复合地基静载荷试验,对现场观测结果进行了研究,包括路基表面沉降、分层沉降、孔隙水压力、桩间土应力、桩身应力观测结果的分析。结果表明,下卧层沉降在CFG桩复合地基总沉降中占较大比例;桩身应力的最大点(中性点)在桩身中部;褥垫层的合理设置,可调节桩土荷载分担。 2、基于双层地基固结理论,推导了CFG桩复合地基加固区、下卧层孔压分布公式,获得了单级匀速加载情况下,复合地基平均固结度、加固区固结度和下卧层固结度。编制了计算程序,分析了桩体模量、复合地基置换率对固结度的影响,认为适度提高桩体模量和置换率可显著减少固结时间。 3、对TDBC-95平面粘弹塑性有限元程序进行了改编,加入了前置共轭梯度算法,使计算模型网格划分更加合理,并考虑了路堤刚度对地基沉降的影响,对典型段面进行了数值计算,并对不同工况进行了仿真分析,研究了是否打穿软土层、桩长、置换率、桩体模量及褥垫层模量和厚度对CFG桩复合地基荷载传递及沉降变化规律的影响。 4、分析了路堤荷载下CFG桩复合地基的变形机理,在假定的位移模式下,考虑桩土的相互作用,通过力学推导,得到了路堤荷载下加固区桩间土压缩量的解析计算公式及简化公式。推导了基于Mindlin解的CFG桩复合地基中附加应力计算公式;拟合了有限元计算结果,获得了附加应力实用计算公式,二者根据分层总和法可计算路基的总沉降量。初步提出了按工后沉降控制的设计方法。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-20
  1.1 概述  10
  1.2 课题提出的目的和意义  10-11
  1.3 国内外研究现状  11-18
    1.3.1 复合地基的概念和分类  11-12
    1.3.2 复合地基沉降计算方法  12-14
    1.3.3 桩基础计算理论  14-16
    1.3.4 CFG桩复合地基的研究现状  16-17
    1.3.5 软土路基工后沉降研究现状  17-18
  1.4 本文的主要工作  18-20
第二章 CFG桩复合地基加固深厚软基试验研究分析  20-32
  2.1 CFG桩复合地基处理方案  20
  2.2 现场地质条件  20-21
  2.3 试验、观测内容及仪器布设  21-24
    2.3.1 现场监测内容及目的  22-24
    2.3.2 仪器布置及埋设  24
  2.4 现场监测资料分析  24-28
    2.4.1 现场施工情况  24
    2.4.2 路基表面沉降  24-25
    2.4.3 分层沉降  25-26
    2.4.4 超静孔压  26-27
    2.4.5 桩身应力分布及桩土应力比  27-28
  2.5 静载试验  28-30
    2.5.1 试验内容  28
    2.5.2 试验依据  28
    2.5.3 单桩静载试验成果  28-29
    2.5.4 复合地基静载试验成果  29-30
    2.5.5 试验结果分析  30
  2.6 小结  30-32
第三章 CFG桩复合地基固结度计算  32-40
  3.1 双层CFG桩复合地基一维固结解析解  32-35
    3.1.1. 基本假定  32
    3.1.2 固结方程的建立  32-33
    3.1.3 固结方程的求解  33-35
  3.2 路堤荷载下CFG桩复合地基的超静孔压及固结度计算  35-37
    3.2.1 填筑期间超静孔隙水压力的分布  35-36
    3.2.2 竣工后超静孔隙水压力的分布  36
    3.2.3 CFG桩复合地基平均固结度的计算  36-37
  3.3 固结度影响因素分析  37-39
  3.4 本章小结  39-40
第四章 CFG桩复合地基有限元分析及对比  40-66
  4.1 有限元方法的理论基础  40-42
    4.1.1 有限元法的基本步骤  40
    4.1.2 平面应变单元  40-42
  4.2 土的本构关系  42-48
    4.2.1 理想弹塑性模型  43-44
    4.2.2 粘弹塑性模型  44-47
    4.2.3 桩土之间的界面模型  47-48
  4.3 比奥固结理论  48-49
    4.3.1 平衡方程  48
    4.3.2 连续方程  48-49
  4.4 比奥固结有限元法及粘弹-粘塑性推广  49-50
  4.5 程序编制  50-51
    4.5.1 边界条件  50
    4.5.2 施工中的逐级加荷  50
    4.5.3 计算程序与主程序流程  50-51
  4.6 实例计算及分析  51-59
  4.7 不同工况有限元模拟分析  59-64
    4.7.1 桩长(桩间跟1.5m)的影响  59-62
    4.7.2 置换率的影响  62-64
  4.8 本章小结  64-66
第五章 CFG桩复合地基变形、承载特性及沉降计算  66-83
  5.1 CFG桩复合地基沉降变形机理  66-67
  5.2 褥垫层的工作机理及特点  67
  5.3 CFG桩复合地基的承载特性  67-68
  5.4 沉降计算理论方法  68-79
    5.4.1 联合求解方法  69-72
    5.4.2 解析解计算方法  72-76
    5.4.3 简化计算方法  76-79
  5.5 实用计算公式  79-81
    5.5.1 基本思路  79
    5.5.2 未打穿软土层  79-80
    5.5.3 打穿软土层  80-81
  5.6 基于工后沉降控制的实用设计方法  81
  5.7 工程实例沉降计算  81-82
  5.8 本章小结  82-83
第六章结论与展望  83-85
  6.1 主要结论  83-84
  6.2 展望  84-85
参考文献  85-89
攻读硕士期间发表的学术论文及参加的工程实践  89-90
致谢  90

CFG桩复合地基加固深厚软基沉降计算研究

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