基于施工过程的软土路基后处理小桩负摩擦力研究

发布时间：2019-11-13 20:59

【摘要】：近年来发展起来的小桩后处理技术是一种新型的软土路基处理方法,已在多条高速公路中成功应用并取得良好的综合效益,但在小桩后处理复合地基荷载传递机理及优化理论方面还存在许多疑难问题尚未解决,其中小桩工作状态下的负摩擦力问题尤为关键。本文从软土的结构性出发,基于理论分析结合施工过程研究软土路基中小桩后处理复合地基的负摩擦力问题,进而对其优化设计思路理论进行了分析,主要研究内容如下:首先,通过对软土结构性及扰动的研究重新认识软土的工程特性。软土在形成过程中处于一种欠压密状态,而软土的结构性使其在宏观上表现出超固结土的部分特性,以较大孔隙及支撑骨架为主的片架结构部分决定了软土的工程特征,结构性软土的应力应变曲线可通过五段折线进行模拟。外界扰动使结构性软土的片架结构部分受损,进而导致软土弹性变形阶段的承载力降低,扰动土的变形趋势与原状土类似。采用扰动土虚拟前期固结压力的概念来定义软土的扰动度,使扰动度的定义联系实际并与e-lgp曲线相结合,方便采用现有方法计算分析扰动导致的软土附加变形问题。重塑土与扰动土有着本质的区别:软土受外界影响的扰动度达到100%时也基本不会影响软土的稳定结构部分。其次,基于施工过程深入研究了小桩后处理复合地基的变形控制及软土固结等问题。从工程哲学的角度指出小桩后处理技术对路基沉降控制采用“导”与“堵”相结合、先“导”而后“堵”的理念远比路基预处理有效得多。借鉴袋装砂井地基固结理论,考虑路基多次加载、固结过程转换、土体渗透系数变化等具体工程实际状况,对小桩后处理软土地基的固结过程进行较为全面的分析。再次,对小桩后处理复合地基的荷载传递过程及小桩的负摩擦力问题进行了深入的研究。从压实填土、小桩及托盘、软土的相互作用出发,综合分析包括填土土拱效应、小桩托盘效应、桩土相互作用等内部因素的影响效应及荷载传递性状,建立一个小桩后处理荷载传递模型,以此为基础分析了小桩负摩擦力、桩土变形的发展过程。结合扶项高速公路监测项目,将小桩后处理模型应用于扶项高速项目桥台路基后处理的计算,算例显示小桩后处理模型具有一定的适应性,对小桩后处理的荷载传递分析是合理有效的。最后,研究了后续加载的荷载传递问题及小桩后处理复合地基的设计思路。基于极限分析法、荷载传递法建立了后续荷载作用下填土-小桩、小桩-软土荷载传递模型,进行了理论分析和求解,并对负摩擦力的基本假设问题进行了讨论。在分析内、外填土桩之间变形范围及特点的基础上,提出以交通功能需求为基本条件的软土路基小桩后处理复合地基设计思路。总之,本文基于小桩后处理复合地基的工程应用状况及目前发展面临的技术问题,在研究软土结构性及小桩后处理技术的基础上,重点对小桩桩侧负摩擦力进行了深入研究,并通过分析软土路基后处理复合地基承载机理及变形控制机理,深化认识复合地基中竖向增强体的承载机制、桩周地基土沉降变形机制、桩土之间荷载传递机制及其变化规律,为完善小桩后处理复合地基的优化设计奠定相应的理论基础。
【图文】：

示意图,负摩擦力,桩土,示意图

土层相对于桩体形成向上的摩擦力称为正摩擦力；在软土层或欠固结土层中出现土体沉降变形大于桩体沉降的情况，这时桩侧土层相对于桩体形成向下的摩擦力称为负摩擦力（图1.1）；在桩体上负、正摩擦力变换的位置，桩、土之间的摩擦力为零，这个位置被称为中性点。在中性点位置桩、土体具有相同的沉降变形而没有相对位移，，所以确定中性点的位置对计算桩侧负、正摩擦力的范围和大小至为关键。图1.1 桩土形成负摩擦力示意图进入上个世纪六十年代以后，国外对负摩擦力的研究进入了较快的发展时期。Johanessen和Bjerrum[80]建议采用极限分析的方法计算负摩擦力，即软土中

曲线,软土,曲线,历史时期

图 2.1 软土室内压缩曲线质历史时期，天然沉积的土体一般都经历剥蚀变过程，在内因和外因的共同作用下[62]，形成、组分复杂的混合物介质，并最终表现出独有
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U416.1

【参考文献】