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《长安大学》 2007年
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柔性基础下复合地基变形特性研究

张展弢  
【摘要】: 复合地基技术在公路建设领域得到广泛应用,积累了丰富的工程经验,但其理论研究则相对滞后,特别是在像路堤这种荷载下的复合地基,与带有刚性承台的复合地基相比,其工作机理、应力分布和变形特点都存在显著差异。目前,国内外对柔性基础下复合地基的研究主要在承载力和沉降两个方面,由于该种复合地基的工作机理比较复杂,其沉降变形方面的机理和规律仍有许多领域有待于做进一步的研究,而对其侧向变形规律方面的研究更不完善。因此,本文研究的主要内容是柔性基础下水泥粉喷桩复合地基的沉降和侧向变形规律。 本文将复合地基的总沉降分为加固区压缩量、下卧层压缩量和桩体两端分别向上下刺入量四个部分。对加固区压缩量,从建立适合于柔性基础下水泥搅拌桩复合地基的位移模式入手,认为桩体两端存在上下刺入路堤填土(或垫层)和下卧层现象、考虑桩体两端部分范围内桩体与桩周土体之间产生相对滑移,采用Mohr-Coulomb屈服准则来修正桩体两端发生滑移部分的桩侧摩阻力,用解析法手段,建立了复合地基加固区桩、土体在路堤荷载作用下的应力和变形的计算模型。 对桩端向路堤填土(或垫层)和下卧层上下刺入深度,本文采用Vesic球形孔弹塑性扩张理论求解。在采用Vesic球形孔扩张理论求解刺入变形时,根据前一步的计算理论,可以求得桩顶单元和桩端单元底面的应力,分别将其作为向上下刺入的荷载,求出桩体向上下两端刺入的深度。对下卧层的压缩量,将加固区底面桩、土体单元的底面应力按照面积进行加权平均,得到加固区底面的平均应力,将其作为作用在下卧层顶面的荷载,按照Boussinesq理论求解下卧层中的附加应力,采用分层总合法,计算出下卧层的沉降。 对复合地基的侧向变形,一般在刚性基础下不予考虑,但是对于像路堤这种柔性荷载,由于缺少了刚性承台的约束,它一定程度上能够适应地基的变形,因此其侧向变形应当比同等条件下刚性基础复合地基的要显著。本文将加固区视为弹性体、将路堤及行车荷载作为上部荷载,认为水平向附加应力是造成复合地基产生侧向变形的主要原因,采用Boussinesq理论求解复合地基内部水平向附加应力,将加固区内桩体和土体划分成独立单元体,分别计算各单元在水平向附加应力作用下的变形,最后求出复合地基各位置在不同荷载、桩长、桩间距下复合地基内部侧向位移场,并分析了不同位置的桩体倾斜情况和侧向变形对沉降的影响程度。通过本文的研究,发现复合地基侧向变形最大值并不是发生在通常所认为的路堤坡脚处,而是路肩位置对应的复合地基表面,同时在坡脚位置的最大侧向变形并不是发生在地表,而是距地表一定深度的范围内,这与复合地基内部附加应力的分布规律比较相似。 结合阿深线开封至通许段高速公路中软土地基处理工程,通过在典型断面埋设观测元件,对水泥粉喷桩复合地基的沉降过程进行了观测,总结了实际工程中粉喷桩复合地基的相关规律,并将实际观测结果与按照本文提出的计算理论计算结果进行了对比,验证了该方法是可信的。
【学位授予单位】:长安大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:U416.1

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