桩承式加筋路堤三维土拱效应试验研究及数值分析

发布时间：2020-06-21 10:23

【摘要】：桩承式加筋路堤工作体系主要包括路堤填土、水平加筋材料、桩帽、刚性桩体、和桩间地基土组成。由于同时存在竖向和水平向的增强体,所以桩承式加筋路堤可以有效地控制路基工后沉降和不均匀沉降,约束路基侧向变形,满足建设工程稳定性和变形方面的技术要求;同时还可加快填筑施工,缩短工期;与常用软基处理方式相比,具有明显的经济效益和环境效益。目前在国内外也已将其广泛用于软土地基或其他特殊土地基上桥头连接路堤工程、已有公路路堤的拓宽工程、新建公路和铁路的路堤工程等。由于桩承式加筋路堤体系内多个部分之间的相互作用和相互影响,其工作机理和特性也就比较复杂。目前对于桩承式加筋路堤内部由于桩土刚度差异带来的三维状态下的土拱效应以及由于加筋体拉伸产生的拉膜效应受力变形状态的认识还存在较大的分歧。基于上述问题,本文主要进行了如下几项工作并得出了相应的结论,以期对桩承式加筋路堤的工作性状有进一步的认识。(1)总结桩承式加筋路堤的研究发展现状,了解了各类研究手段及其结论的特点和适用性。(2)进行了桩承式加筋路堤室内模型试验,分析空间三维状态下的土拱效应和拉膜效应。通过自制的沉降板对软土材料表面的沉降规律进行了分析,研究了多个因素对其的影响;通过埋设微型土压力盒分析了土拱效应和拉膜效应共同作用下填土内的应力分布状态,也研究多个因素对桩土间的应力转移状况的影响;并将有关应力折减系数的试验结果与理论计算结果进行了比较分析;通过粘贴在加筋材料表面的应变片对其受力变形状态也进行了研究。(3)为了对比验证试验所得结果,并补充试验的不足之处,利用ABAQUS有限元软件建立了三维数值模型,对桩承式加筋路堤的各方面性状进行了进一步的分析研究。数值模拟中所反映的沉降规律和应力分布规律在许多方面与试验结果较吻合。并且通过数值模型的计算结果,研究了填土内的土拱高度和等沉面高度,同时选取了更多相关影响因素,分析了它们对土拱效应和拉膜效应的影响。并且通过数值模拟,得到了加筋体的三维受力状况和可视化的变形形态。(4)最后选取了近几年提出的在过去已有经典理论基础上做了改进的几种计算方法与本文数值模拟的结果进行比较,分析了各自的不同点以及存在差异性的原因。
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U416.12
【图文】：

示意图,加筋路堤,沉降,示意图

应比平面状况下要复杂的多，其中对三维土拱等沉面高度，加筋体变形大分歧。因此，深入了解三维土拱效应和加筋效应，分析其作用机制，桩承式加筋路堤工作机理，以及桩承式加筋路堤的合理设计都有着重要义。承式加筋路堤工作机理于桩承式加筋路堤[1]而言，作用在地基上的荷载主要来自于路堤自重和车荷载作用下，由于桩土刚度的差异，桩间土表面的沉降要大于桩顶沉降填土内应力重分布即产生土拱效应，差异沉降还会使筋材拉伸变形，产这两种效应的共同作用下，可以在一定程度上将桩间上覆荷载转移到桩了桩间地基土所要受到的填土荷载。图 1.1 是刚性桩桩端支承在稳定持加筋路堤沉降示意图。

示意图,加筋路堤,荷载传递,示意图

第一章绪论层填筑路堤的初始阶段，路堤荷载作用于加筋垫层，这时桩间土的沉。加筋材料首先发生挠曲，产生拉膜效应，将部分荷载转移到桩顶填筑高度的增加，由于桩土之间的差异沉降，下部填土路堤中也会出土中随即就会产生土拱效应，进一步将桩间填土荷载转移到桩上。降随着填土内高度增加会逐渐减小，并最终消失，即在路堤中某一高在加筋垫层以下的桩土体系中，由于桩基支撑于良好持力层，向下刺，在软土地基上部桩间土的沉降量大于桩身沉降量，桩体承受负摩阻加了桩身所承受的荷载。在软土地基中的某一深度，当桩与土不再发阻力减小至零，这一位置称为中性面。中性面以下，桩的沉降量大于将部分荷载传递给桩间土，桩承担大部分荷载并传至桩端，持力层中象。桩基沉降量的大小主要取决于桩端持力层的性质。

【参考文献】