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柔性基础下桩体复合地基性状与设计方法研究

作　者: 吕文志
导　师: 龚晓南；俞建霖
学　校: 浙江大学
专　业: 岩土工程
关键词: 柔性基础桩体复合地基共同作用荷载传递规律解析法有限元法正交试验设计方法
分类号: TU473.1
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
下　载: 335次
引　用: 3次
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内容摘要

近年来公路和铁路路堤、土石坝、堆场、储罐等工程中桩体复合地基的应用日益增多,人们发现其性状与建筑工程中桩体复合地基的有较大差异。在这类柔性基础下的桩体复合地基设计中,目前仍采用刚性基础下桩体复合地基的设计理论,造成计算值与实测值差距较大,其结果偏于不安全。因此,开展柔性基础下桩体复合地基性状与设计方法的研究不仅具有理论价值,同时还有着广阔的工程应用前景,将具有显著的经济效益和社会效益。在对柔性基础下桩体复合地基的试验研究、解析法研究和数值分析等方面现状作了较详细分析基础上,本文主要作了以下工作:1)引进“典型单元体”与“虚土桩”模型,将柔性基础-垫层-复合地基-下卧层土体视为上下部共同作用的系统;引进侧阻分布函数和相对位移函数,统一了Alamgir型假设位移模式,从而可以考虑桩土界面之间存在相对滑移且同一水平面上地基土沉降不同;结合系统的荷载传递规律和桩土界面的理想弹塑性本构关系,得到摩阻力发挥水平沿深度的分布,实现非直线型桩侧摩阻力分布模式;基于以上假设,得到了柔性基础下桩体复合地基“虚土桩”单元体物理模型的弹性力学微分解答,并通过工程实例验证了该解析解的合理性.2)基于本文解析解和正交试验方法,探讨了填土高度与模量、垫层厚度与模量、桩体置换率、桩径、桩长、桩材模量、桩间土压缩模量、下卧层压缩模量等因素对等沉面和中性面位置、桩土应力比或荷载分担比等的影响,研究了典型单元体柔性基础下桩体复合地基的工作性状.3)基于三维有限元和正交试验方法,分析了路堤宽度效应、群桩效应、垫层中的格栅加筋效应以及填土的分层加载,通过基本算例,分析了系统总沉降、加固区与下卧层压缩量、桩顶与桩底刺入量、桩身最大轴向应力和桩侧摩阻力、格栅受力等性状;结合工程实际情况,着重探讨了填土高度、填土宽度、格栅层数、桩材模量、桩体置换率、下卧层压缩模量等6个因素对桩土应力比或荷载分担比、等沉面和中性面位置的影响,研究了分层堆填时柔性基础下群桩复合地基的工作性状,为柔性基础下桩体复合地基的设计和实践提供有价值的参考。4)提出柔性基础下桩体复合地基的设计思路,给出与荷载传递相关的土拱等沉面高度、中性面位置和桩土应力比的确定方法,提出考虑上下部共同作用的柔性基础下桩体复合地基承载力、稳定性的验算方法和沉降计算方法;5)将柔性基础下桩体复合地基的荷载传递规律和设计方法运用于某原料堆场工程事故的原因分析,并按刚性、柔性基础分别复核了原设计的复合地基承载力;以此为基础,提出了“半刚性垫层”、“长短桩复合地基”、“复合挡墙”的二次加固综合措施,全过程的监测验证表明其效果是明显的,二次加固处理措施获得成功。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-8
ABSTRACT  8-10
目次  10-14
第一章绪论  14-31
  1.1 引言  14-16
    1.1.1 概述  14-15
    1.1.2 研究课题的提出  15
    1.1.3 课题研究的意义  15-16
  1.2 柔性基础下复合地基的研究现状  16-29
    1.2.1 缩尺试验研究现状  16-19
    1.2.2 足尺试验研究现状  19-22
    1.2.3 解析法研究现状  22-26
    1.2.4 数值分析研究现状  26-29
  1.3 本文所作的工作  29-31
第二章柔性基础下桩体复合地基的解析法研究  31-59
  2.1 引言  31-32
  2.2 简化模型与基本假设  32-38
    2.2.1 简化模型  32
    2.2.2 土拱效应与等沉面  32-33
    2.2.3 基本假设  33-34
    2.2.4 关于位移模式的补充说明  34-38
  2.3 公式推导与方程求解  38-48
    2.3.1 微元体平衡方程  38-39
    2.3.2 各段应力与位移表达式  39-44
    2.3.3 求解条件  44-46
    2.3.4 求解思路  46
    2.3.5 下卧层沉降的求解  46
    2.3.6 目标值计算  46-48
  2.4 相关参数的确定  48-49
  2.5 本文解析解的验证  49-57
    2.5.1 工程概况与监测布置  49-53
    2.5.2 计算模型与参数  53
    2.5.3 结果与分析  53-57
  2.6 本章小结  57-59
第三章基于解析解的柔性基础下桩体复合地基性状分析  59-77
  3.1 引言  59
  3.2 指标、因素与水平的确定  59-62
    3.2.1 指标  59-60
    3.2.2 因素  60
    3.2.3 正交表与因素水平  60-62
  3.3 等沉面高度的影响因素正交分析  62-67
  3.4 中性面位置的影响因素正交分析  67-72
  3.5 桩土应力比的影响因素正交分析  72-75
  3.6 本章小结  75-77
第四章柔性基础下桩体复合地基性状的三维有限元分析  77-101
  4.1 引言  77
  4.2 计算模型  77-83
    4.2.1 基本假定  77-78
    4.2.2 模型概述  78-79
    4.2.3 材料本构关系及计算参数  79-80
    4.2.4 边界条件与初始条件  80-82
    4.2.5 特殊处理  82-83
    4.2.6 计算方案  83
  4.3 基本算例  83-91
    4.3.1 模型与网格  83-86
    4.3.2 变形分析  86-87
    4.3.3 桩体受力与中性面  87-88
    4.3.4 土拱与等沉面  88-90
    4.3.5 土工格栅的加筋作用  90-91
    4.3.6 桩土应力比与桩体荷载分担比  91
  4.4 基于三维有限元的影响因素正交分析  91-99
    4.4.1 中性面位置的影响因素正交分析  91-94
    4.4.2 等沉面高度的影响因素正交分析  94-97
    4.4.3 桩土应力比的影响因素正交分析  97-99
  4.5 本章小结  99-101
第五章柔性基础下桩体复合地基设计方法  101-113
  5.1 引言  101
  5.2 柔性基础下桩体复合地基设计思路  101-102
  5.3 荷载传递计算  102-106
    5.3.1 桩体荷载分担比  102-104
    5.3.2 土拱等沉面高度  104-105
    5.3.3 中性面位置  105-106
  5.4 承载力验算  106-108
    5.4.1 负摩阻力  106-107
    5.4.2 单桩竖向承载力设计值  107-108
    5.4.3 承载力验算  108
  5.5 稳定性验算  108-110
  5.6 沉降计算  110-112
    5.6.1 沉降的组成  110
    5.6.2 路堤填土和垫层的自身压缩量  110
    5.6.3 桩体自身压缩量  110-111
    5.6.4 桩顶桩底的刺入变形  111
    5.6.5 下卧层沉降  111-112
  5.7 本章小结  112-113
第六章柔性基础下桩体复合地基理论与方法的应用实例  113-125
  6.1 引言  113
  6.2 工程概况  113-116
    6.2.1 料场概况  113-114
    6.2.2 地质概况  114-115
    6.2.3 原地基处理设计、施工概况  115-116
    6.2.4 事故描述  116
  6.3 事故原因分析  116-118
  6.4 二次加固处理设计  118-121
  6.5 处理效果验证  121-123
  6.6 本章小结  123-125
第七章结论与展望  125-127
  7.1 主要研究结论  125-126
  7.2 下一步工作的建议  126-127
参考文献  127-134
个人简历及完成论文情况  134-135

柔性基础下桩体复合地基性状与设计方法研究

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