刚性桩承式加筋路堤承载与变形机制研究

摘要

刚性桩承式加筋路堤因具有施工速度快、处理深度大、工后沉降与侧向变形小等优点，在软土地区高速公路建设中得到了广泛的应用。由于涉及到路堤填料、桩、桩间土以及加筋体之间的相互作用，桩承式加筋路堤的承载与变形机制十分复杂，理论研究仍然落后于工程实践。本文基于室内模型试验、理论推导和数值分析相结合的方法，分别对静力与动力荷载作用下刚性桩承式加筋路堤的工作机制进行了研究。论文的主要研究内容与成果如下:
　　1.通过开展具有不同长径比的六组刚性单桩复合地基室内模型试验，研究了刚性桩复合地基的沉降特性与荷载传递规律，根据模型试验成果，推导出考虑桩、土、垫层相互作用的刚性桩复合地基桩土应力比简化计算公式，并与试验数据进行对比验证。
　　2.基于既有研究成果，综合考虑路堤填料的土拱效应，加筋体拉膜效应以及加固区桩土相互作用，总结并推导了刚性桩承式加筋路堤的实用设计方法，通过工程实例验证其合理性。
　　3.以本文提出的理论模型为基础，分析了桩体荷载分担比、桩土应力比、格栅应变与拉力、桩间土应力折减比与桩端刺入量随路堤填料内摩擦角、路堤高度、地基土基床系数、格栅抗拉刚度的变化规律。
　　4.通过建立弹塑性动力有限元模型，分析交通荷载作用下桩承式加筋路堤表面竖向位移与坡脚水平位移的发展变化规律，重点讨论了路堤高度、桩长、桩间距、桩体模量、软土模量、格栅抗拉刚度、循环荷载频率及动应力幅值变化的影响规律。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状综述

1．2．1 刚性桩复合地基研究

1．2．2 土拱效应理论

1．2．3 加筋体拉膜效应

1．2．4 循环荷载下软土的动力特性

1．2．5 循环荷载下复合地基的工作性状

1．3 本文主要研究内容

第二章 刚性桩复合地基承载与变形特性模型试验

2．1 概述

2．2 模型试验介绍

2．2．1 模型桩与地层制各

2．2．2 桩身应变片的粘贴

2．2．3 土压力盒的标定及埋设

2．2．4 加载方法与数据采集

2．3 试验结果与分析

2．3．1 沉降变形特性

2．3．2 桩、土荷载分担特性

2．3．3 桩端应力分布

2．3．4 桩身轴力分布

2．3．5 桩侧摩阻力分布

2．4 有限元模拟验证

2．5 桩土应力比计算方法

2．5．1 理论公式推导

2．5．2 理论公式验证

2．6 本章小结

第三章 刚性桩承式加筋路堤工作机理解析分析

3．1 概述

3．2 计算模型与分析方法

3．2．1 路堤土拱效应分析

3．2．2 加筋体受力变形分析

3．2．3 桩土加固区变形分析

3．3 工程实例验证

3．3．1 工程实例

3．3．2 工程实例

3．3．3 工程实例

3．4 本章小结

第四章 刚性桩承式加筋路堤工作性状参数分析

4．1 概述

4．2 基本算例参数

4．3 计算结果与分析

4．3．1 路堤高度的影响

4．3．2 路堤内摩擦角的影响

4．3．3 地基基床系数的影响

4．3．4 格栅抗拉刚度的影响

4．4 本章小结

第五章 刚性桩承式加筋路堤动力特性分析

5．1 概述

5．2 动力有限元分析基本原理

5．2．1 动力分析基本方程

5．2．2 时间积分算法

5．2．3 时间步长的选取

5．2．4 动力吸收边界

5．3 动力有限元模型

5．3．1 模型参数与边界条件

5．3．2 交通荷载的模拟

5．3．3 分析步骤

5．4 数值模拟结果与分析

5．4．1 软土地基未加固

5．4．2 桩体模量的影响

5．4．3 软土模量的影响

5．4．4 桩间距的影响

5．4．5 桩长的影响

5．4．6 路堤高度的影响

5．4．7 格栅刚度的影响

5．4．8 荷载频率的影响

5．4．9 动应力幅值的影响

5．5 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 论文主要研究成果

6．2 不足与展望

参考文献

致谢