基于极限平衡理论的桩承式路堤土拱效应分析

发布时间：2020-10-22 13:14

　　 桩承式路堤是一种在软土地区发展起来的新型路堤型式,其主要由路堤填料、桩帽与地基土构成。其受力性状比较复杂,一方面,在上部路堤荷载作用下,桩顶土体的沉降小于桩间土的沉降,从而引起二者的相对位移;另一方面,这种相对运动趋势受到土层间剪应力的限制,增加了作用在桩顶的压力,降低了地基土上的压力,这种荷载传递机制称为“土拱效应”。现有理论计算方法在进行桩承式路堤土拱效应研究时往往忽略了桩土差异沉降对路堤土拱效应的影响,此外,有些方法虽然考虑了桩土差异沉降的作用,但通常假定土拱形状为标准圆弧或者合理拱轴线,但是并未考虑桩土差异沉降对土拱形状的潜在影响。本文基于前人研究成果,针对极限平衡状态下的桩承式路堤土拱效应进行了理论分析和数值模拟研究,主要工作如下:首先,考虑桩土差异沉降对路堤中土拱形状的影响,即桩土差异沉降通过改变土拱形状的变化影响路堤桩土应力比。其中,桩土差异沉降假定由两部分沉降组成,一是桩土刚度不同引起的差异沉降,再者是由土拱效应形成引起的桩顶上部的土体回弹量,且拱顶回弹土体的竖向应变在拱厚区域内相等;在假定土拱内拱高不变的基础上,外拱曲线可描述为不定的四次多项式偶函数。其次,引入摩尔—库伦强度极限平衡条件,对极限平衡理论的桩承式路堤土拱效应进行整体分析,分别计算极限平衡状态发生在拱顶和拱脚的应力微分方程,结合土拱曲率半径的几何关系,推导出考虑了桩土差异沉降的桩土应力比及桩体荷载分担比的计算方法。最后,本文针对极限平衡理论下桩承式路堤土拱效应的三维应力问题,基于ABAQUS有限元软件平台建立路堤三维数值模型,通过应力云图和等值面图分析和探讨各项参数对土拱效应的影响,进而得出桩土差异沉降与桩土应力比的关系曲线,并与本文理论计算方法及室内模型试验结果、工程实例进行了对比,验证本文研究的合理性。
【学位单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U416.12
【部分图文】：

硕士学位论文第 1 章 绪 论景及研究意义国高速公路和高速铁路迅速发展，截止到 2016 年底，公里，其中，高速铁路 2.2 万公里以上，交通运输部年，我国公路固定资产投资达 1.78 万亿元；全国铁路15 亿元，尤其是沿海地区，软土地基占部分高速公路，最大软土厚度在 60m 以上。大部分软土含有一定的，在相同路堤荷载作用下沉降量更大，给道路工程带来会给公路的施工和使用造成很大影响。

a) 桩平面布置图 b) 土拱剖面图图 2.5 平面土拱拱脚受力分析 rr θθ p rr p s2p sd2 0d1s arr rKKm m H 由式(2.4)，不仅能够得知土拱拱脚正达到极限，还能得知径向应力的大得出桩土荷载的分配情况。值得一提的是，通过这种公式计算出来桩顶的最小值，那就可作为最后的荷载分担比。.3 改进的 Hewlett 和 Randolph 模型Hewlett 和 Randolph 建立的是一个要建立在模型试验上的球形土拱模型顶部和脚部的土单元体都处在极限情况下，那就能快速知道有多少应力土上的。不过，在现实操作中，拱的顶部和脚部的土单元体并非随时都

硕士学位论文这种不规则曲面土拱相较于半球壳体而言更接近模拟仿真将通过应力等值面图实现三维土拱的可形成是应力传递的结果，桩土差异沉降引起的剪剪切破坏面传递至桩顶，从而导致分配至桩顶的分析不考虑桩帽的作用，因此桩顶部分配的压力土拱效应的发挥程度，即荷载分担比，用 E 表示2/ ( )uE P Hs上方土压力；γ 为土的重度；H 为路堤填土高为拱高确定的二次抛物线，外拱为不定四次多项拱脚连线取 x 轴，取拱曲线对称轴为坐标系 y 轴
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本文编号：2851644