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行车荷载作用下桩承式加筋路堤的动力响应分析

张尤其  
【摘要】:桩承式加筋路堤是近些年来出现的一种新型地基处理技术,具有工期短、处理深度大、施工质量易控制、对相邻建筑影响小、侧向变形和工后沉降小等突出优点,适用于需要快速施工或者对沉降要求比较严格的工程,为建造在软弱地基上的路堤提供了一种经济有效的解决方法,在国内外得到了广泛应用。然而,由于涉及路堤填土、桩、地基和土工合成材料之间的相互作用,桩承式加筋路堤的性状是十分复杂的,我国目前还没有相应的设计规范,主要依靠经验进行设计。而且,目前国内外对于桩承式加筋路堤的研究多是基于静力的基础上进行的。因此,探索并预测交通荷载作用下桩承式加筋路堤的变形特性,将是十分必要的。 本文采用试验和数值分析方法,在以下几个方面开展系统研究,取得对工程实践有参考价值和推广意义的成果:首先,通过室内试验,研究在循环荷载作用下,应力水平、不同格栅材料、荷载循环次数等对土工格栅动力特性的影响,重点考察荷载作用过程中累积塑性应变的发展规律以及土工格栅模量的变化特性,为土工格栅的本构模型的建立和验证提供试验基础。其次,基于室内试验结果,提出能反映土工格栅割线模量变化特性及累积塑性变形的本构模型,并编制程序使其能应用于有限元软件中,建立有限元模型,模拟上述试验中土工格栅的动力特性,并与试验结果对比,验证所提模型的正确性。然后,基于提出的考虑土工格栅模量变化特性及累积塑性变形的本构模型,建立桩承式加筋路堤的动力有限元模型,分析在交通荷载作用下桩承式加筋路堤的变形特性,并与现场实例相比较,验证计算模型的正确性。最后采用验证后的有限元模型分析交通荷载作用下筋材模量、软土模量、桩间距、桩身模量等参数对桩承式路堤的水平和竖向变形、等的影响,进一步研究在交通荷载的累积作用下,桩承式加筋路堤中加筋体的动力特性。为改进桩承式加筋路堤设计理论提供依据。 研究成果表明:(1)采用加筋或者加桩处理均能减小路堤水平向与竖向变形,加桩的处理效果要比加筋来的大。(2)在交通荷载作用下,筋材能有效减小路堤的水平及竖向变形,增加路堤的稳定性。但筋材模量并不是越高越好,增大到2000Mpa后,再往上增长则效果并不明显。(3)桩体为桩承式加筋路堤的竖向增强体,在加筋垫层的共同作用下,承受了上部传来的大部分荷载,并直接将荷载传至持力层,大幅度减小了路堤在上部荷载作用下软土层发生的竖向及水平变形。但是桩体模量达到2500Mpa后再往上增长则效果越不明显。(4)桩间距的大小对桩土应力比大小影响较大,因此也决定了桩体承担的上部荷载的大小,软土层承担的上部荷载的大小。桩间距增大,则软土层承担的上部荷载也增大,路堤竖向及水平变形就增大。(5)根据筋材模量、软土模量、桩身模量、桩间距四种因素的变化对桩承式加筋路堤的竖向及水平位移的影响,求出四种因素的影响度,并分为低、中、高对四种因素进行评价。得出:影响度低的为筋材模量;影响度中的为软土模量;影响度大的有桩身模量及桩间距。


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