路堤下復合地基承載機理與數值模擬研究.pdf

1、公路工程中大面積不均勻軟弱地基處理是一個比較棘手的問題,而復合地基技術被證明是一種有效方法,隨著復合地基技術的發(fā)展,工程中應用的復合地基類型越來越新穎,但其設計計算理論遠滯后于工程應用,特別是在承載機理上,故對路堤下復合地基進行研究,具有重要的理論和實際意義。為此,本文通過理論和數值模擬,對復合地基的承載力、沉降、土拱效應、褥墊層設計等進行了研究,主要研究工作和成果如下:
　　 (1)由于路堤為柔性基礎,不能簡單套用由剛性基礎建

2、立起來的地基承載力公式,本文首先把滑移線法與極限分析上限法相結合,推導出一種新的傾斜荷載下地基極限承載力計算公式。針對路堤下水平加筋復合地基,路堤側向土壓力、重力以及水平加筋體的拉力對地基成傾斜荷載,本文通過確定可能滑動寬度范圍,用優(yōu)化方法搜索出地基最危險滑動面,應用推導的承載力公式計算出路堤的極限高度值。通過工程實例分析,驗證了本文推導公式的可靠性,從而為路堤下水平加筋復合地基極限承載力提供了一個新的計算方法。
　　 (2)針

3、對路堤下水平加筋與散體材料樁復合地基的極限承載力計算問題,本文首先分析了水平加筋體、路堤和地基之間的相互作用,得到了三者的作用力關系以及速度關系;然后研究了散體材料樁對地基承載力的影響,得到了考慮樁體置換率、地基土固結度影響的復合地基土體強度參數的計算公式;推導出水平加筋與散體材料樁復合地基極限承載力公式;并根據承載力公式計算路堤極限填土高度。工程實例分析表明,本文計算結果符合實測情況,結果較為理想。同時,基于工程實例詳細分析了筋材發(fā)揮

4、系數、固結度等因素對地基極限承載力的影響,進一步認識了路堤下水平加筋與散體材料樁復合地基的承載機理。
　　 (3)首先討論路堤下水平加筋與剛性樁復合地基的破壞模式,然后基于極限分析理論和被動樁遮攔理論,分別推導出考慮樁體遮攔效應的樁間土極限承載力公式,以及考慮地基土滑移影響的剛性樁極限承載力公式,最后根據復合地基樁土共同受力得到復合地基的總極限承載力。算例分析說明,本文方法比規(guī)范法更符合剛性樁復合地基的實際承載機理。
　　

5、 (4)針對帶褥摯層樁體復合地基在荷載作用下樁會向褥墊層刺入,并且在樁側上部產生負摩阻力的特點,考慮復合地基中樁、土間相對滑移和相互作用,引入Boussinesq解和Mindlin解改進基樁彈塑性分析法,提出了樁體復合地基沉降計算彈塑性分析法;并把樁體復合地基沉降計算推廣到群樁情況,得到了群樁均勻受力與不均勻受力兩種情況下沉降計算公式。通過試驗對比分析,證明了本文方法的可靠性,且分析得到了樁體復合地基樁體、樁間土受力和變形的相關規(guī)律。

6、
　　 (5)根據極限分析下限法對褥墊層的極限承載力進行了研究,分別推導出了二維厚墊層、二維薄墊層以及三維圓形基礎下薄墊層的極限承載力計算公式。并根據幾何關系推導出厚墊層的有效最大厚度計算公式。然后,分析了墊層內摩擦角、墊層有效最大厚度、摯層樁土應力比的之間的關系,得到了墊層承載機理的內在規(guī)律。最后,本文基于承載力與沉降兩方面考慮,提出了新的墊層設計方法,此方法比原先僅從破壞模式角度,或從墊層彈性變形角度考慮更加全面。
　

7、　 (6)考慮路堤下雙向增強體復合地基中,由于樁體與樁間土變形不協(xié)調,導致路堤填土內部垂直變形有差異,并產生土拱效應的特點。采用馬斯頓土壓力理論分析模型,引入剪切位移法分析填土、土工合成材料的應力和變形規(guī)律,分別推導出了土工格室+樁體復合地基和多層土工格柵(或土工布)+樁體復合地基的樁土應力比、樁土沉降差計算公式。最后通過算例分析驗證了計算公式的可靠性,同時系統(tǒng)討論了路堤填料力學性質(c,φ)、樁身半徑、樁間距、土工合成材料的抗拉強度