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真空—堆载联合预压法加固机理及大变形固结有限元分析

作　者: 刘昌鸿
导　师: 马石城
学　校: 湘潭大学
专　业: 结构工程
关键词: 软土地基真空—堆载联合预压加固机理大变形固结 ABAQUS
分类号: TU472
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

东南沿海地区广泛分布着软粘土，由于软粘土地基的压缩性高、强度低、渗透性质差等特点，在高速公路建设中，有必要对此类地基进行处理，真空—堆载联合预压法是针对该类地质众多处理方法之一，该法兼顾真空预压和堆载预压的优点，在各大工程中已有广泛运用，但是该法在加固机理、地下水位变化等一系列问题上并没有得到统一的认识，且以往的研究往往只考虑小变形对其固结的影响，忽略了大变形的影响，许多情况下计算得到的结果并不准确，不能很好的满足工程需要。鉴于此，本文以真空—堆载联合预压为课题，结合“路桥至泽国一级公路”桥头预压段，利用有限元法对其进行了分析，主要研究内容及成果如下：（1）通过收集国内外相关资料，介绍了真空—堆载联合预压法及其相关理论的研究现状，并在理论上就真空—堆载联合预压法的加固机理做了进一步的分析，从分析的情况来看，在处理软土地基时，真空—堆载联合预压的加固效果要优于单独的真空预压或者堆载预压。（2）分别介绍和总结了大、小变形的固结理论，详细阐述了其推导过程和有限元法，并用算例验证了有限元的可靠性。（3）利用大型通用有限元软件ABAQUS，根据Biot固结小变形理论和基于更新拉格朗日描述的大变形固结理论，将塑料排水板转化成平面砂墙地基，对“路桥至泽国一级桥头段”真空—堆载联合预压段的加固过程及加固效果进行有限元分析，分别计算了土体的最终沉降、分层沉降和水平位移，并将计算结果与实际监测数据对比。数据分析表明，当软土地基的压缩性较高时，考虑大变形效应的有限元计算值与实测数据更加吻合。（4）在大变形基础上，分析了渗透系数、泊松比、塑料排水板打设深度及其通水能力对真空—堆载联合预压加固效果的影响。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-19
  1.1 引言  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-17
    1.2.1 真空—堆载联合预压法概述  10-11
    1.2.2 加固机理的现状研究  11-14
    1.2.3 真空—堆载联合预压过程中地基稳定性研究现状  14
    1.2.4 真空联合堆载计算理论研究现状  14-17
  1.3 当前仍存在的问题  17-18
  1.4 本文的主要工作  18-19
第2章真空—堆载联合预压法的加固机理及问题的讨论  19-28
  2.1 引言  19
  2.2 固结变形概念  19-20
  2.3 真空预压法的加固机理及特征  20-23
  2.4 堆载预压的加固机理及特征  23-25
  2.5 真空—堆载联合预压法的加固机理及特征  25-26
  2.6 真空—堆载联合预压加固软基的一些问题的讨论  26-27
    2.6.1 地下水位变化和加固深度  26-27
    2.6.2 大变形效应对真空—堆载联合预压的影响  27
  2.7 本章小结  27-28
第3章真空—堆载联合预压固结理论及算例验证  28-44
  3.1 引言  28
  3.2 Biot 固结理论及其有限元法  28-35
    3.2.1 Biot 固结理论  28-31
    3.2.2 Biot 固结理论有限元法  31-35
  3.3 大变形固结理论及其固结控制方程  35-38
    3.3.1 大变形固结理论  35-36
    3.3.2 拉格朗日大变形方程的建立  36-38
  3.4 ABAQUS 介绍及固结算例验证  38-43
    3.4.1 ABAQUS 简介  38-39
    3.4.2 ABAQUS 模块介绍  39
    3.4.3 ABAQUS 数值计算流程  39-40
    3.4.4 固结算例验证  40-43
  3.5 本章小结  43-44
第4章真空—堆载联合预压工程实例及影响因素分析  44-62
  4.1 工程概况  44-45
    4.1.1 概述  44
    4.1.2 主要土层情况  44-45
  4.2 模型的建立  45-51
    4.2.1 基本假定  45
    4.2.2 计算模型  45
    4.2.3 土体计算参数的选取  45-46
    4.2.4 考虑地下水位变化的影响  46-47
    4.2.5 塑料排水板的设置  47-49
    4.2.6 荷载加载步的确定  49-50
    4.2.7 计算条件的确定  50-51
  4.3 计算结果与分析  51-55
    4.3.1 竖向位移计算结果与分析  51-54
    4.3.2 水平位移计算结果与分析  54-55
  4.4 影响因素分析  55-60
    4.4.1 土体渗透系数的影响  55-57
    4.4.2 土体泊松比的影响  57-58
    4.4.3 塑料排水板打设深度的影响  58-59
    4.4.4 塑料排水板通水能力的影响  59-60
  4.5 本章小结  60-62
第5章结论与展望  62-64
  5.1 结论  62-63
  5.2 展望  63-64
参考文献  64-67
致谢  67-68
攻读学位期间发表的学术论文  68

真空—堆载联合预压法加固机理及大变形固结有限元分析

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