土工袋装砂石桩复合路基的理论研究和数值模拟分析

发布时间：2019-11-09 09:59

【摘要】：针对土工袋装砂石桩复合路基,通过有限元分析方法研究了路堤长期堆载下袋体包裹长度、土工袋刚度以及置换率对复合路基的性状影响。数值计算结果表明:与普通砂石桩相比,袋装砂石桩复合路基的桩土应力比显著提高,土体沉降变形明显减少,桩身鼓胀变形得到有效限制;在一定范围内增加袋体刚度能有效提升复合路基承载性能;荷载较小时,增加袋体包裹长度对桩土应力比及沉降的影响并不明显,随着路堤高度增加,需全长包裹以减少桩体沉降;增大置换率一方面有利于减少桩体沉降,而另一方面将减少桩体的有效利用率。基于单元体模型,推导了袋装砂石桩的变形和应力的弹性解析解,并通过有限元分析方法对理论解进行验证,得到较好的吻合度。
【图文】：

⒎治隽瞬煌?环境下土工袋装砂石桩的破坏机制。以上研究主要针对土工袋装砂石桩的单桩性状，且未考虑桩体的长期加载效应。但实际工程中，土工袋装砂石桩均以复合路基形式出现。开展路堤长期加载下土工袋装砂石桩复合路基的变形及承载性能研究具有重要的实际意义。本文基于单元体模型，推导了复合路基的弹性解析解。通过数值分析方法研究了路堤长期堆载下，袋体包裹长度(Le)、土工袋刚度(J)以及置换率(Ar)对复合路基的性状影响。1复合路基数值模型采用有限元软件ABAQUS进行数值分析，复合路基数值模型中(图1)，模型宽55m，假设桩直径为0.8m，方形布置，间距1.6m。路堤高及桩长L均假定为10m，砂垫层厚1m，，桩底部为坚硬岩层(图2)。模型侧面为法向约束，底部为全约束。采用不承受拉力的膜单元模拟土工材料，且土工材料与土体之间不设置接触单元［13］。桩体和软黏土材料均采用满足摩尔库伦屈服准则的理想弹塑性体，材料模型参数参考文献［14］，取值如表1所示。图1三维有限元计算模型Fig.13Dfiniteelementmodel图2复合路基断面Fig.2Cross-sectionofcompositesubgrade表1有限元模型参数Tab.1Parametersoffiniteelementmodel参数重度γ/(kN·m－3)泊松比ν弹性模量E/kPa黏聚力c/kPa内摩擦角/φ/(°)剪胀角/ψ/(°)砂石桩200.333200010388软黏土150.320005250砂垫层200.33150008308建立初始应力条件及边界条件后挖孔安装土工袋装砂石桩，桩顶设置刚性板，待平衡后再进行逐级加载。上覆路堤填土分5级堆载，每级填土2m，每级堆载时间为15d，固结沉降10d后进行下级堆载。2土工袋装砂石桩性能研究图3为普通砂石桩(OSC)和土工袋装砂石桩(GESC)复合路基的桩顶平面处平均竖向应力对比

Α５鄧导使こ讨校噼?工袋装砂石桩均以复合路基形式出现。开展路堤长期加载下土工袋装砂石桩复合路基的变形及承载性能研究具有重要的实际意义。本文基于单元体模型，推导了复合路基的弹性解析解。通过数值分析方法研究了路堤长期堆载下，袋体包裹长度(Le)、土工袋刚度(J)以及置换率(Ar)对复合路基的性状影响。1复合路基数值模型采用有限元软件ABAQUS进行数值分析，复合路基数值模型中(图1)，模型宽55m，假设桩直径为0.8m，方形布置，间距1.6m。路堤高及桩长L均假定为10m，砂垫层厚1m，桩底部为坚硬岩层(图2)。模型侧面为法向约束，底部为全约束。采用不承受拉力的膜单元模拟土工材料，且土工材料与土体之间不设置接触单元［13］。桩体和软黏土材料均采用满足摩尔库伦屈服准则的理想弹塑性体，材料模型参数参考文献［14］，取值如表1所示。图1三维有限元计算模型Fig.13Dfiniteelementmodel图2复合路基断面Fig.2Cross-sectionofcompositesubgrade表1有限元模型参数Tab.1Parametersoffiniteelementmodel参数重度γ/(kN·m－3)泊松比ν弹性模量E/kPa黏聚力c/kPa内摩擦角/φ/(°)剪胀角/ψ/(°)砂石桩200.333200010388软黏土150.320005250砂垫层200.33150008308建立初始应力条件及边界条件后挖孔安装土工袋装砂石桩，桩顶设置刚性板，待平衡后再进行逐级加载。上覆路堤填土分5级堆载，每级填土2m，每级堆载时间为15d，固结沉降10d后进行下级堆载。2土工袋装砂石桩性能研究图3为普通砂石桩(OSC)和土工袋装砂石桩(GESC)复合路基的桩顶平面处平均竖向应力对比33

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本文编号：2558389