桩承式路基二维土拱效应及其加固机理研究

发布时间：2017-06-10 05:03

  本文关键词：桩承式路基二维土拱效应及其加固机理研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：桩承式复合路基主要由桩、砂石垫层、路堤填料和软土路基四部分组成。与传统路基加固方法相比,它可以有效控制工后沉降、节省工程成本、减小工程所需的时间,因此桩承式路基已经被广泛应用于软土地区的路堤建设中。实际工程中,设计人员的重点在于路堤中土拱效应的发挥和路堤的高度:路堤较低、土拱效应发挥不充分,路堤表面会出现差异沉降,影响路堤的正常使用;反之,路堤过高则会降低桩承式路基的经济效应。本文首先介绍了桩承式路基的作用机理、桩间土应力的计算方法。然后通过室内模型试验,研究了传统Trapdoor试验和桩承式路基二维试验中破坏面的发展趋势,并提出了桩间土应力的计算方法。最后利用数值模拟对软土地区桩承式路基的加固机理进行了敏感性分析,重点研究了路堤中的等沉面高度以及应力转移大小。(1)利用多重拱理论的计算结果,可以知道,路堤填料的性质、填土高度以及桩间距都能影响路堤荷载的转移,合理的选择路堤填料、确定桩帽尺寸与桩间距之比,能够有效的提高桩承式路基的加固性能。通过Zhuang等提出的计算理论,定量分析加筋体薄膜效应,结果表明:加筋体拉伸强度越大,加筋作用越明显;软土厚度越大,路基沉降越大,加筋作用越明显;软土压缩模量越大,路基性质越好,加筋体的加筋效果不能得到很好地发挥;桩(帽)尺寸越大,作用在加筋体上的竖向应力越小,加筋体的加固作用得不到很好地发挥。(2)Trapdoor二维试验中,随着活动板沉降量的增加,填土中出现多级破坏面,破坏面形状逐渐由三角形向竖直面转换。桩承式路基二维土拱效应试验中,由于桩的存在,填土中破坏面形状与Trapdoor二维试验有所不同:在活动板下降过程中,桩顶部会出现一个被挤密的三角楔形体,填土荷载通过这个楔形体向桩顶转移,楔形体的高度与填土内摩擦角和桩宽度密切相关;当填土高度与活动板宽度之比(高宽比)大于等于3时,填土表面不会出现差异沉降;基于试验得到的破坏面形状,推导了作用在活动板上土应力的理论计算公式。通过理论计算公式与试验结果的对比,验证了理论计算公式的有效性。(3)随着活动板沉降量的不断增加,填土表面的沉降量逐渐增大,沉降发展趋势与地基承载力曲线类似,存在一个临界活动板沉降量。一旦活动板沉降量大于此临界值,填土表面沉降急剧发展,填土将面临失稳。填土密度越小,活动板宽度越大,临界沉降量越小,填土稳定性越低。(4)简化数值模拟结果表明,当路堤相对高度大于4时,桩土差异沉降不会延伸到路堤表面,路堤中出现等沉面,等沉面的高度为桩间净距的1.5-2倍;当等沉面产生后,桩体荷载分担比随路堤高度基本不再发生变化;当桩间距和路堤高度保持不变时,等沉面的高度和桩体荷载分担比随软土性质的增强线性减小。(5)桩承式路基加固效果的三维数值模拟结果表明,桩模量可以在一定程度上可以减小软土的路基沉降,桩模量达到一定值后,增加桩模量对改善桩承式路基加固效果的作用不大;路堤填筑速率对桩承式路基的承载力稳定性比较大,路堤填筑速率过大,路基中孔隙水压力增长较快,路基会发生承载力破坏,路堤的填筑将不能正常完成;桩长对路基沉降影响比较大,桩长越长,路基表面沉降越小;桩间距对桩承式路基加固效果的影响特别大,增加桩间距会导致路基表面沉降和差异沉降的增加;等沉面的出现意味着路基表面差异沉降不会延伸到路堤表面,利用第四章的计算公式可以估算路堤中等沉面的高度,为桩承式路基的设计提供初步参考依据;通过数值计算结果与理论结果的对比,可以说明Terzaghi理论和多重拱理论可以很好的计算桩承式路基中桩土应力比。
【关键词】：桩承式路基 模型试验 三维数值模拟 土拱效应 等沉面高度 桩体荷载分担比
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U416.1
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-20
• 变量注释表20-21
• 1 绪论21-33
• 1.1 研究背景21-22
• 1.2 桩承式复合路基应用现状)22-25
• 1.3 桩承式复合路基研究现状25-31
• 1.4 存在的问题31
• 1.5 本文研究内容31-33
• 2 桩承式复合路基工作性能的理论研究33-53
• 2.1 桩承式复合路基的工作原理33
• 2.2 土拱效应的理论研究33-43
• 2.3 加筋体薄膜效应的理论研究43-47
• 2.4 参数分析47-52
• 2.5 本章小结52-53
• 3 土拱效应的模型试验研究53-79
• 3.1 引言53-54
• 3.2 试验装置54-57
• 3.3 试验设计57-59
• 3.4 试验方法59
• 3.5 试验数据分析59-77
• 3.6 本章小结77-79
• 4 简化的桩承式路基三维数值模拟79-95
• 4.1 引言79
• 4.2 数值模拟模型79-82
• 4.3 试验方案设计82-83
• 4.4 参数分析83-93
• 4.5 本章小结93-95
• 5 桩承式路基加固效果的三维数值模拟95-118
• 5.1 引言95
• 5.2 有限元模型的建立95-97
• 5.3 桩承式路基计算模型97-103
• 5.4 参数分析103-117
• 5.5 本章小结117-118
• 6 结论与展望118-120
• 6.1 结论 (Conclusions)118-119
• 6.2 展望 (Prospect)119-120
• 参考文献120-126
• 作者简历126-128
• 学位论文数据集128

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本文编号：437428