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《南京林业大学》 2005年
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路堤荷载下碎石桩复合地基沉降计算方法研究

孙微微  
【摘要】:碎石桩复合地基因其取材方便、施工简便、造价低廉在工程中得到了广泛应用,是一种适合我国国情的地基处理方式。但理论研究却相对滞后,尤其是沉降计算的水平还远远落后于工程实践的需要。 目前有关碎石桩复合地基沉降量的计算方法主要有数值解法和解析解法两大类,数值计算法有着一定的优越性,但对测试技术及工程人员素质均要求较高,不便广大工程技术人员掌握应用,这就在客观上要求建立简便适用的解析方法以方便指导工程实践。 现有的解析方法多数是基于刚性基础下桩土等应变的假定,并且不考虑桩体的径向变形,这对于路堤荷载下的碎石桩复合地基是不适用的。路堤荷载接近于柔性荷载,加固区桩间土的压缩量大于桩体的压缩量,桩将产生上下刺入现象,桩土变形不再协调;另外,碎石材料本身几乎没有粘聚力,在竖向荷载作用下,将有不可忽略的径向变形发生。 本文在假设的竖向及径向位移模式下,考虑桩土相互作用,通过力学推导,得到了路堤荷载下复合地基加固区桩体正应力、桩间土正应力、桩侧摩阻力、桩及桩间土压缩量的解析表达式。并对下卧层上附加应力的取值给出合理化建议。 在Terzaghi 固结理论的基础上,应用Carrillo 定理建立了路堤荷载下碎石桩复合地基的径向、竖向及整体固结微分方程,并得出其解析解。该方程具备理论合理性,且简单适用,便于工程技术人员掌握应用。经过工程实例验证,能满足工程精度要求。 通过解析计算,对路堤荷载下碎石桩复合地基进行分析,包括加固区桩体、土体的应力应变在竖向及径向上的分布规律、桩侧摩阻力分布规律及沉降影响因素的分析。分析表明,桩侧摩阻力沿桩长线性变化,并且侧摩阻力随置换率的增加而减小。桩体正应力值在中性点以上随深度递增,中性点以下随深度递减,并且桩体正应力值随置换率的增加而减小。桩周土中正应力随距桩体的径向距离的增大而逐渐减小;竖直方向上,在中性点以上随深度递减,中性点以下则随深度递增。典型单元体中桩的压缩量小于土的压缩量,而且随着径向距离的增大,这种差异就越大;另外,复合地基的置换率越小,即n = b/a的值越大,这种差异也越明显,当复合地基有较高置换率时,复合地基顶面处桩、土体的沉降差异很小。随着n值的增大,桩、土体的差异沉降相应增大。加固区的沉降量随桩长的增加是线性增加的;下卧层的沉降量则随桩长的增加而线性减小。但地基的总体沉降量仍然随桩长增加而线性减小。
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