雙向增強(qiáng)體復(fù)合地基承載特性及其數(shù)值分析.pdf

1、近年來，隨著我國高速公路建設(shè)的迅猛發(fā)展，軟土地基問題日益突出，各種軟基處治技術(shù)也隨之得到了蓬勃發(fā)展。雙向增強(qiáng)體復(fù)合地基法是目前國內(nèi)外興起的一種新型的軟基處治技術(shù)，目前在高速公路路基加固、臺背填土加固、不良地質(zhì)條件的舊路加寬改造等工程中得到了廣泛應(yīng)用，并取得了良好的加固效果。但是該處治技術(shù)的理論研究尚欠成熟。為此，本文結(jié)合國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)項(xiàng)目“大面積不均勻公路軟弱地基按沉降控制雙向增強(qiáng)處治技術(shù)”(2006AA11Z10

2、4)，從雙向增強(qiáng)體復(fù)合地基的樁土應(yīng)力比計(jì)算、沉降計(jì)算及固結(jié)分析等方面出發(fā)，通過理論分析、數(shù)值模擬及室內(nèi)模型試驗(yàn)進(jìn)行較深入系統(tǒng)的研究。 本文首先針對豎向增強(qiáng)體—水平增強(qiáng)體—樁間土的整體相互作用的特點(diǎn)，將水平增強(qiáng)體視為具有一定剛度的板，豎向樁體及樁間土簡化為剛度不同的彈簧系列。以單個(gè)豎向樁體影響范圍內(nèi)的復(fù)合地基作為典型單元體進(jìn)行分析，基于Winkler彈性地基圓板理論計(jì)算出水平增強(qiáng)體的撓曲函數(shù)表達(dá)式，推導(dǎo)出雙向增強(qiáng)體復(fù)合地基樁土應(yīng)力

3、比計(jì)算式。 其次，基于薄板變形理論和雙參數(shù)地基模型，推導(dǎo)了雙向增強(qiáng)體復(fù)合地基樁土加固區(qū)工后沉降的計(jì)算公式。研究表明水平加筋墊層的水平抗力作用對控制雙向增強(qiáng)體復(fù)合地基工后沉降是有利的。為了進(jìn)一步研究雙向增強(qiáng)體復(fù)合地基的沉降特性，以近似解析模型為基礎(chǔ)，運(yùn)用剪切位移法建立了豎向增強(qiáng)體中樁與樁，樁與土，土與土之間相互作用的剛度矩陣，引入無單元伽遼金法計(jì)算水平增強(qiáng)體剛度矩陣，通過雙向增強(qiáng)體復(fù)合地基的豎向位移協(xié)調(diào)條件，建立豎向增強(qiáng)體與橫向增

4、強(qiáng)體共同工作的豎向平衡方程，將無單元法的應(yīng)用推廣到雙向增強(qiáng)體復(fù)合地基的沉降計(jì)算。該方法具有不需劃分單元，節(jié)點(diǎn)布置靈活，節(jié)點(diǎn)參數(shù)少，計(jì)算精度高的特點(diǎn)。 根據(jù)樁體復(fù)合地基固結(jié)的特點(diǎn)，將整個(gè)樁截面和樁周土截面作為一個(gè)研究單元考慮，根據(jù)固結(jié)過程中孔隙水排出量等于單元體體積減小量的關(guān)系和平均超孔隙水壓力的概念，推得了考慮樁體的固結(jié)變形的樁體復(fù)合地基的固結(jié)方程。通過等應(yīng)變假設(shè)和初始邊界條件，由分離變量法對該固結(jié)方程進(jìn)行求解，得到了樁體和樁間

5、土的平均超孔隙水壓力、平均固結(jié)度、復(fù)合地基整體固結(jié)度。進(jìn)一步完善了樁體復(fù)合地基固結(jié)解析理論。 最后，在相似理論基礎(chǔ)上推導(dǎo)了單純軟基模型試驗(yàn)，土工格室墊層路基模型試驗(yàn)以及土工格室墊層+碎石樁復(fù)合地基模型試驗(yàn)的相似準(zhǔn)則，由此設(shè)計(jì)并完成了三組室內(nèi)模型試驗(yàn)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析表明，土工格室墊層加固軟基能有效擴(kuò)散和均化上部荷載、減少沉降及不均勻沉降。而土工格室+碎石樁復(fù)合地基加固軟基則既能減小地基沉降和不均勻沉降，而且能夠限制路堤外側(cè)的隆起變形