山区公路CFG桩复合地基沉降预测方法研究及其应用

摘要

山区软土地基不仅具有承载力低、沉降量大、固结时间长等不利的工程特性，而且还具有复杂、隐蔽、不均匀等独有的不利特性，其潜在的工后沉降易对道路结构及交通运营安全造成危害。因此不仅需要对软基进行合理的处理，也需要对处理后的地基进行准确的沉降预测，利用相关工程资料，选取合理的沉降预测方法及模型预测地基沉降对控制施工进度、安排施工组织、确定分层填筑高度、间歇时间以及预压时间提供一定的指导，具有一定理论价值和工程意义。
　　论文以贵州省交通运输厅科技项目《贵州山区高速公路软基处理关键技术研究与示范工程》为依托，结合了杭瑞高速贵州段遵毕高速公路第十八合同段内的软土地基处理方法，对山区公路CFG桩复合地基沉降预测的方法进行研究。本文主要完成了以下几个方面的研究工作:
　　①将CFG桩复合地基运用到山区软基处理中，对复合地基承载力计算、沉降变形理论及沉降量计算方法进行了阐述，并对示范工程CFG桩复合地基进行了设计计算。
　　②介绍了目前常用的基于实测数据的预测方法，并着重研究了该类方法中的曲线拟合法、灰色系统模型及神经网络的原理、计算过程及适用范围。选取了三种具有代表性的方法:泊松曲线法、GM(1，1)及BP神经网络法，在其原理指导下，利用MATLAB软件编制了沉降预测系统，实现了预测方法系统的集成与应用，并以依托工程的实测沉降数据为例，运用于沉降数据预测系统。
　　③利用Plaxis有限元分析软件对CFG桩复合地基沉降进行数值模拟分析，将沉降预测系统计算结果与实测沉降数据进行对比分析。
　　④在室内进行了CFG桩复合地基的土工离心试验，观测整个路基模型的变形与沉降;同时，将土工离心试验结果与预测系统中各方法的预测结果和有限元的数值模拟结果进行对比，进一步对CFG桩复合地基沉降进行分析研究。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题依据和意义

1．2 CFG桩复合地基基本理论与研究现状

1．2．1 CFG桩复合地基的概念

1．2．2 CFG桩复合地基的作用机理

1．2．3 CFG桩复合地基的研究现状

1．3 地基沉降预测国内外研究现状

1．4 本文研究目的及内容

第二章 CFG桩复合地基的计算研究及应用

2．1 CFG桩复合地基承载力计算方法

2．2 CFG桩复合地基的沉降变形机理及计算方法

2．2．1 CFG桩复合地基沉降变形机理

2．2．2 CFG桩复合地基的沉降计算方法

2．3 CFG桩复合地基工程实例应用

2．3．1 工程概况

2．3．2 工程地质情况

2．3．3 CFG桩复合地基设计计算

2．3．4 现场沉降监测方案

2．4 本章小结

第三章 基于实测数据的沉降预测方法

3．1 曲线拟合法

3．1．1 双曲线法

3．1．2 指数曲线法

3．1．3 泊松曲线法

3．2 灰色模型法

3．3 神经网络法

3．3．1 人工神经网络

3．3．2 BP神经网络

3．4 本章小节

第四章 沉降预测系统在工程中的应用研究

4．1 MATLAB简介

4．2 CFG桩复合地基沉降预测系统中各预测方法的设计流程

4．2．1 泊松曲线在沉降预测系统中的设计流程

4．2．2 灰色模型在沉降预测系统中的设计流程

4．2．3 BP神经网络在沉降预测系统中的设计流程

4．3 CFG桩复合地基沉降预测系统的介绍及其操作说明

4．4 预测系统在工程中的应用

4．5 本章小节

第五章 CFG桩复合地基沉降的数值模拟计算研究

5．1 有限元方法简介

5．2 PLAXIS软件中的模型选取

5．3 PLAXIS数值模型的建立及计算

5．3．1 PLAXIS数值模型的建立

5．3．2 PLAXIS数值计算模拟的施工过程

5．4 PLAXIS数值模拟结果分析

5．4．1 模拟复合地基初始应力状态

5．4．2 模拟CFG桩施工沉降结果分析

5．4．3 模拟褥垫层、路堤分层填筑及路堤填筑完成后的沉降结果分析

5．4．4 模拟地基表面、加固区及持力层的沉降结果分析

5．5 PLAXIS数值模拟结果与沉降数据预测系统预测结果的比较

5．6 本章小节

第六章 CFG桩复合地基沉降的土工离心模型试验研究

6．1 土工离心模型试验基本原理

6．1．1 离心力场特性

6．1．2 土工离心试验的相似理论

6．1．3 离心模型的受力状态分析

6．1．4 土工离心试验的比尺关系

6．2 土工离心试验误差分析

6．2．1 模型应力误差

6．2．2 离心机启动与制动误差

6．2．3 边界效应误差

6．2．4 粒径效应误差

6．3 GFG桩复合地基的土工离心试验设计

6．3．1 试验目的

6．3．2 试验设备

6．3．3 试验模型尺寸

6．3．4 试验步骤

6．4 土工离心模型试验与其他方法的预测沉降对比分析

6．5 本章小结

第七章 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

致谢

参考文献

在学期间发表的论著及取得的科研成果