路堤荷载作用下刚性桩复合地基加筋垫层沉降机理研究

论文摘要

近年来,复合地基技术的应用范围己扩展到交通工程,提出了路基条件下的复合地基承载力和变形计算问题。与建筑基础刚度相比,填筑路基的刚度要弱的多,导致路基条件下的复合地基承载力和变形特征与刚性基础下的复合地基承载性能相差悬殊,对路基条件下的复合地基力学特性的研究,具有重要的工程意义和科学意义。本文针对路堤荷载下刚性桩复合地基,应用有限差分软件FLAC3D及FLAC2D,通过对路堤荷载下刚性桩复合地基室内试验和高速公路唐山段实际工程的数值模拟,进行的主要工作主要包括:首先,结合刚性桩复合地基基础理论,应用FLAC3D数值模拟软件,按照室内试验建立数值分析模型,通过对刚性荷载与路堤荷载下复合地基模拟,对比两种情况下的桩、土的差异沉降、桩土应力比、荷载分担比,得出结论:现有的基于刚性基础下复合地基的一些设计方法并不能满足路堤等柔性荷载作用下复合地基的力学要求,不能套用于路堤荷载作用下复合地基的设计中。其次,通过对路堤荷载作用下复合地基中加筋和未加筋两种情况的模拟,对比两种情况下桩土沉降差,桩土应力比,桩土之间的荷载分担,桩与土之间的差异沉降,桩身侧摩阻力以及桩土沉降差别沿桩身的差别,得出结论:柔性基础条件下刚性桩复合地基需要足够刚性的垫层,才能有效改善其工作性状,在垫层中加入具有一定刚度的土工格栅,可有效加大桩土应力比,减小桩土应力差,增加桩土荷载分担比。同时适当的桩间距能够使得土工格栅的作用发挥的更加充分,提高材料的利用率。最后,应用FLAC2D数值模拟软件,通过对沿海公路唐山段实际工程的模拟,将实测数据与模拟所得数据进行对比,证明加筋垫层在复合地基中的应用,确实能够调节路堤荷载下刚性桩复合地基的应力场和位移场。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1-1 选题的背景及意义
• §1-2 路堤荷载下复合地基研究现状
• 1-2-1 柔性基础下复合地基的室内试验研究
• 1-2-2 柔性基础下复合地基的现场试验研究
• §1-3 路堤荷载下复合地基数值分析研究现状
• 1-3-1 国外的研究现状
• 1-3-2 国内的研究现状
• §1-4 本文所做工作
• 3D简介'>第二章 桩承式路堤荷载传递机理及 FLAC^3D简介
• §2-1 桩承式路堤的荷载传递规律机理
• 2-1-1 基础填土的拱效应
• 2-1-2 基础的刚度效应
• 2-1-3 垫层效应
• 2-1-4 土工格栅的“拉膜效应”
• 2-1-5 桩土间差异沉降引起的荷载传递
• 2-1-6 桩端下卧层土体的支承作用
• 3D软件简介'>§2-2 FLAC^3D软件简介
• 3D概述'>2-2-1 FLAC^3D概述
• 3D基本原理及计算过程'>2-2-2 FLAC^3D基本原理及计算过程
• 3D的主要特点'>2-2-3 FLAC^3D的主要特点
• 2-2-4 FLAC 程序与有限元的区别
• 2-2-5 FLAC 程序分析土工问题的步骤
• §2-3 本章小结
• 第三章 柔性荷载下刚性桩复合地基数值模拟
• §3-1 模型试验简介
• 3-1-1 试验布置
• 3-1-2 模型槽和加载装置
• 3-1-3 模型桩的制作和土工格栅材料
• 3-1-4 桩周土基本参数
• 3-1-5 模型桩的设置方法
• 3-1-6 砂砾石垫层及土工网的铺设
• 3-1-7 加载方法
• 3-1-8 量测系统及数据观测
• §3-2 数值模拟模型的建立
• 3-2-1 物理模型
• 3-2-2 本构模型选取
• 3-2-3 材料参数
• 3-2-4 边界条件
• 3-2-5 初始状态
• 3-2-6 路堤分级加载的模拟
• §3-3 模型试验结果与数值模拟结果分析
• 3-3-1 横断面沉降云图分析
• 3-3-2 横断面应力云图分析
• 3-3-3 纵剖面沉降云图分析
• 3-3-4 纵剖面应力云图分析
• §3-4 本章小结
• 第四章 工程实例的数值模拟
• §4-1 工程概况
• 4-1-1 工程地质条件
• 4-1-2 土层参数
• 2D建模及数据分析'>§4-2 FLAC^2D建模及数据分析
• 2D数值模型的建立'>4-2-1 FLAC^2D数值模型的建立
• 4-2-2 路堤填筑过程中路基断面位移场变化
• 4-2-3 数值模拟结果与实测结果对比
• §4-3 本章小结
• 第五章 结论与展望
• §5-1 结论
• §5-2 展望
• 参考文献
• 致谢
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