基于圆孔扩张理论的筋箍碎石桩支护路堤受力变形分析
发布时间：2021-08-08 22:32
随着我国道路拓展、工程建设的不断推进,筋箍碎石桩（GESC）复合地基技术被广泛应用。虽然已有较多碎石桩地基承载力及沉降变形等方面的研究,但对土体初始应力的假设均为各向同性,忽略了竖向应力的影响,这与实际情况有明显差异。如何合理描述自然软土的沉积和固结特性,建立更加切合实际情况的受力变形分析模型已成为目前研究的重点与难点。为此,本文通过理论分析的方法,针对筋箍碎石桩支护路堤的受力变形计算方法进行了较为深入的研究。主要研究内容如下:首先,基于碎石桩复合地基国内外研究现状,总结了筋箍碎石桩复合地基的加固机理以及常见的破坏模式;着重探讨了路堤等柔性基础下筋箍碎石桩复合地基的受力变形机理;提出了基于圆孔扩张理论分析实际桩体径向鼓胀和竖向沉降变形的计算思路。其次,在圆孔扩张理论基础上,采用考虑天然软土各向异性的修正剑桥（K0-MCC）模型分析了桩周土体径向应力和塑性区边界位移变化;同时假设桩体变形符合弹塑性模型,分析了桩体径向与竖向的应力和变形;通过建立精确的径向应力和垂直应力的平衡分析方程,推导得出了筋箍碎石桩支护路堤中桩体径向位移、桩顶竖向沉降以及桩周土体位移的理论计算方...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
复合地基分类组合型复合地基组合桩型复合地基
燕山大学工学硕士学位论文-6-材料的环箍效应，将散体材料束缚起来，增加了桩体的围限力，防止桩身过早发生鼓胀破坏。这类桩型在国际上被称为“GeotextileEncasedColumn”、“EncapsulatedStoneColumn”或者“Geosynthetic-EncasedStoneColumn（GESC）”等，在中文文献中，被称为“袋装碎石桩”、“加筋碎石桩”、“格栅套筒碎石桩”、“筋箍碎石桩”等，在本文中将统称为筋箍碎石桩，图1-3为采用筋箍碎石桩支护路堤复合地基示意图。图1-3路堤-筋箍碎石桩复合地基示意图土工合成材料具有较高的抗拉强度及刚度，在竖向荷载作用下，筋箍碎石桩发生侧向鼓胀变形，土工合成材料拉伸产生围压约束可以有效限制桩体变形，防止桩体提前破坏。筋箍碎石桩结合了碎石桩与土工合成材料的优点，已广泛应用于岩土工程领域加固软土地基，并取得了较好的加固效果与经济效益。但目前对筋箍碎石桩承载与变形方面的理论研究相对较少，难以满足工程设计的需求。因此根据实际情况建立考虑桩体、加筋体和桩周土体特性的变形计算分析具有非常重要的理论与实际意义。1.2.1试验研究早在1988年，国内倪士坎和潘秋元[17]就对筋箍碎石桩进行了单桩的原位试验，并将实验结果与有限元单元法相应结果进行分析对比。1990年，方家强[18]进行了大比尺的室内模型试验，研究了三轴压缩应力状态下筋箍碎石桩受力变形特性。李广信和蔡飞[19,20]通过模型试验研究了软土地基下水平铺设土工格栅加筋材料的碎石桩和在桩体顶部加筋的筋箍碎石桩两种加固方法。其中，水平加筋体与土体间
燕山大学工学硕士学位论文-8-国外，1999年，印度Rajagopal等[30]开展了从单个到多个土工格栅筋箍碎石桩的三轴压缩试验，研究了土工格栅约束对碎石桩强度和刚度特性的影响，其试验模型如图1-4所示。试验表明了土工格栅的性能对柱体的粘聚力有较大影响，并提出了一种估算碎石桩表观粘聚力的方法。图1-4筋箍碎石桩单元三轴试验示意图Ayadat和Hanna[31]对筋箍碎石桩加固的可塌陷的软弱地基进行模型试验研究，主要分析了碎石桩长度、土工材料加筋长度和刚度对承载力和沉降特性的影响。试验结果显示，桩长或加筋刚度的增加，筋箍碎石桩的承载能力均增加。另外提出了预测筋箍碎石桩承载能力和沉降的理论方法，与已有文献结果对比基本一致。Malarvizhi[32]通过室内试验对单独的端承和非端承筋箍碎石桩加固地基的承载力和沉降性能进行了研究，试验表明加筋明显改善了其性能增加了稳定性，并通过有限元模拟的方法验证了试验结果的合理性。Wu和Hong[33]进行了一系列三轴压缩试验，研究了两种不同密度的砂桩在采用三种不同土工布加筋后的应力应变规律，得出了增加偏应力、减小体积和径向应变将引起筋箍碎石桩围压应力明显增加的结论，合理的解释了加筋体的增强效果。Gniel和Bouazza[34,35]建立了模型试验，提出了一种“重叠法”对碎石桩体进行简单而有效的包裹，这样有效提高了桩体的固定性，因而增加了桩体刚度，使刚体具有更高的抵抗能力；也对筋箍碎石桩的受力变形机理进行了研究，分析了筋材的应力应变特性及鼓胀破坏时的应力关系。Murugesan和Rajagopal[36]通过建立筋箍碎石桩室内模型试验，定性定量的研究了单桩和群桩碎石桩复合地基在荷载作用的径向、竖向变形规律。结果表明：最大径向位移变形出现在两倍桩径深度处；普通碎石桩的承
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于圆孔扩张理论的碎石桩承载力计算方法[J]. 赵明华,何玮茜,刘猛. 水文地质工程地质. 2017(03)
[2]K0固结天然饱和黏土中柱孔扩张弹塑性解[J]. 李林,李镜培,龚卫兵,张凌翔. 哈尔滨工业大学学报. 2017(06)
[3]基于圆孔扩张理论的筋箍碎石桩承载力计算方法研究[J]. 赵明华,何玮茜,衡帅,刘猛. 岩土工程学报. 2017(10)
[4]Mindlin位移解下大直径桩基有效桩长的优化计算方法[J]. 王端端,杜承哲,魏晓康,张利鹏. 西南师范大学学报(自然科学版). 2016(12)
[5]包裹碎石桩和碎石桩复合地基抗震性能对比试验研究[J]. 欧阳芳,张建经,韩建伟,王志佳,吴金标,杨义奎. 岩土力学. 2016(04)
[6]包裹碎石群桩模型试验分析[J]. 欧阳芳,张建经,韩建伟,毕俊伟,杜林. 东南大学学报(自然科学版). 2015(05)
[7]加筋碎石桩复合地基路堤模型试验[J]. 陈建峰,王波,魏静,冯守中. 中国公路学报. 2015(09)
[8]考虑径向位移时柔性桩荷载传递机理研究[J]. 蹇华雄,李军. 路基工程. 2015(03)
[9]路堤荷载下碎石桩复合地基沉降分析[J]. 邹新军,黄立,廖连海. 水文地质工程地质. 2014(05)
[10]竖向土工加筋体对碎石桩承载变形影响的模型试验研究[J]. 赵明华,顾美湘,张玲,刘猛. 岩土工程学报. 2014(09)
博士论文
[1]土工袋装桩桩型复合地基受力变形特性研究[D]. 段园煜.浙江大学 2012
[2]双向增强复合地基承载机理及其设计计算理论研究[D]. 张玲.湖南大学 2012
硕士论文
[1]基于透明土技术的袋装碎石桩模型试验研究[D]. 俞东伟.浙江大学 2018
[2]加筋碎石桩复合地基承载性能研究[D]. 石秀峰.哈尔滨工业大学 2017
[3]基于圆孔扩张理论的筋箍碎石桩受力变形计算方法研究[D]. 何玮茜.湖南大学 2017
[4]筋箍碎石桩复合地基承载特性及其变形分析方法研究[D]. 陈哲.湖南大学 2016
[5]路堤荷载下碎石桩复合地基变形机理及其沉降分析方法[D]. 赵聚才.湖南大学 2014
[6]路堤荷载下碎石桩复合地基荷载传递规律及沉降分析[D]. 黄立.湖南大学 2014
[7]柔性基础下碎石桩复合地基沉降分析方法[D]. 杨泽华.湖南大学 2012
[8]基于圆孔扩张理论顶部加箍碎石桩承载力计算[D]. 李其泽.湖南大学 2011
[9]碎石桩在软土路基中的应用和研究[D]. 秦美前.上海交通大学 2007
本文编号：3330796
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
复合地基分类组合型复合地基组合桩型复合地基
燕山大学工学硕士学位论文-6-材料的环箍效应，将散体材料束缚起来，增加了桩体的围限力，防止桩身过早发生鼓胀破坏。这类桩型在国际上被称为“GeotextileEncasedColumn”、“EncapsulatedStoneColumn”或者“Geosynthetic-EncasedStoneColumn（GESC）”等，在中文文献中，被称为“袋装碎石桩”、“加筋碎石桩”、“格栅套筒碎石桩”、“筋箍碎石桩”等，在本文中将统称为筋箍碎石桩，图1-3为采用筋箍碎石桩支护路堤复合地基示意图。图1-3路堤-筋箍碎石桩复合地基示意图土工合成材料具有较高的抗拉强度及刚度，在竖向荷载作用下，筋箍碎石桩发生侧向鼓胀变形，土工合成材料拉伸产生围压约束可以有效限制桩体变形，防止桩体提前破坏。筋箍碎石桩结合了碎石桩与土工合成材料的优点，已广泛应用于岩土工程领域加固软土地基，并取得了较好的加固效果与经济效益。但目前对筋箍碎石桩承载与变形方面的理论研究相对较少，难以满足工程设计的需求。因此根据实际情况建立考虑桩体、加筋体和桩周土体特性的变形计算分析具有非常重要的理论与实际意义。1.2.1试验研究早在1988年，国内倪士坎和潘秋元[17]就对筋箍碎石桩进行了单桩的原位试验，并将实验结果与有限元单元法相应结果进行分析对比。1990年，方家强[18]进行了大比尺的室内模型试验，研究了三轴压缩应力状态下筋箍碎石桩受力变形特性。李广信和蔡飞[19,20]通过模型试验研究了软土地基下水平铺设土工格栅加筋材料的碎石桩和在桩体顶部加筋的筋箍碎石桩两种加固方法。其中，水平加筋体与土体间
燕山大学工学硕士学位论文-8-国外，1999年，印度Rajagopal等[30]开展了从单个到多个土工格栅筋箍碎石桩的三轴压缩试验，研究了土工格栅约束对碎石桩强度和刚度特性的影响，其试验模型如图1-4所示。试验表明了土工格栅的性能对柱体的粘聚力有较大影响，并提出了一种估算碎石桩表观粘聚力的方法。图1-4筋箍碎石桩单元三轴试验示意图Ayadat和Hanna[31]对筋箍碎石桩加固的可塌陷的软弱地基进行模型试验研究，主要分析了碎石桩长度、土工材料加筋长度和刚度对承载力和沉降特性的影响。试验结果显示，桩长或加筋刚度的增加，筋箍碎石桩的承载能力均增加。另外提出了预测筋箍碎石桩承载能力和沉降的理论方法，与已有文献结果对比基本一致。Malarvizhi[32]通过室内试验对单独的端承和非端承筋箍碎石桩加固地基的承载力和沉降性能进行了研究，试验表明加筋明显改善了其性能增加了稳定性，并通过有限元模拟的方法验证了试验结果的合理性。Wu和Hong[33]进行了一系列三轴压缩试验，研究了两种不同密度的砂桩在采用三种不同土工布加筋后的应力应变规律，得出了增加偏应力、减小体积和径向应变将引起筋箍碎石桩围压应力明显增加的结论，合理的解释了加筋体的增强效果。Gniel和Bouazza[34,35]建立了模型试验，提出了一种“重叠法”对碎石桩体进行简单而有效的包裹，这样有效提高了桩体的固定性，因而增加了桩体刚度，使刚体具有更高的抵抗能力；也对筋箍碎石桩的受力变形机理进行了研究，分析了筋材的应力应变特性及鼓胀破坏时的应力关系。Murugesan和Rajagopal[36]通过建立筋箍碎石桩室内模型试验，定性定量的研究了单桩和群桩碎石桩复合地基在荷载作用的径向、竖向变形规律。结果表明：最大径向位移变形出现在两倍桩径深度处；普通碎石桩的承
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于圆孔扩张理论的碎石桩承载力计算方法[J]. 赵明华,何玮茜,刘猛. 水文地质工程地质. 2017(03)
[2]K0固结天然饱和黏土中柱孔扩张弹塑性解[J]. 李林,李镜培,龚卫兵,张凌翔. 哈尔滨工业大学学报. 2017(06)
[3]基于圆孔扩张理论的筋箍碎石桩承载力计算方法研究[J]. 赵明华,何玮茜,衡帅,刘猛. 岩土工程学报. 2017(10)
[4]Mindlin位移解下大直径桩基有效桩长的优化计算方法[J]. 王端端,杜承哲,魏晓康,张利鹏. 西南师范大学学报(自然科学版). 2016(12)
[5]包裹碎石桩和碎石桩复合地基抗震性能对比试验研究[J]. 欧阳芳,张建经,韩建伟,王志佳,吴金标,杨义奎. 岩土力学. 2016(04)
[6]包裹碎石群桩模型试验分析[J]. 欧阳芳,张建经,韩建伟,毕俊伟,杜林. 东南大学学报(自然科学版). 2015(05)
[7]加筋碎石桩复合地基路堤模型试验[J]. 陈建峰,王波,魏静,冯守中. 中国公路学报. 2015(09)
[8]考虑径向位移时柔性桩荷载传递机理研究[J]. 蹇华雄,李军. 路基工程. 2015(03)
[9]路堤荷载下碎石桩复合地基沉降分析[J]. 邹新军,黄立,廖连海. 水文地质工程地质. 2014(05)
[10]竖向土工加筋体对碎石桩承载变形影响的模型试验研究[J]. 赵明华,顾美湘,张玲,刘猛. 岩土工程学报. 2014(09)
博士论文
[1]土工袋装桩桩型复合地基受力变形特性研究[D]. 段园煜.浙江大学 2012
[2]双向增强复合地基承载机理及其设计计算理论研究[D]. 张玲.湖南大学 2012
硕士论文
[1]基于透明土技术的袋装碎石桩模型试验研究[D]. 俞东伟.浙江大学 2018
[2]加筋碎石桩复合地基承载性能研究[D]. 石秀峰.哈尔滨工业大学 2017
[3]基于圆孔扩张理论的筋箍碎石桩受力变形计算方法研究[D]. 何玮茜.湖南大学 2017
[4]筋箍碎石桩复合地基承载特性及其变形分析方法研究[D]. 陈哲.湖南大学 2016
[5]路堤荷载下碎石桩复合地基变形机理及其沉降分析方法[D]. 赵聚才.湖南大学 2014
[6]路堤荷载下碎石桩复合地基荷载传递规律及沉降分析[D]. 黄立.湖南大学 2014
[7]柔性基础下碎石桩复合地基沉降分析方法[D]. 杨泽华.湖南大学 2012
[8]基于圆孔扩张理论顶部加箍碎石桩承载力计算[D]. 李其泽.湖南大学 2011
[9]碎石桩在软土路基中的应用和研究[D]. 秦美前.上海交通大学 2007
本文编号：3330796
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