刚性桩复合地基抗采动变形性能研究

摘要

井下采煤工作面的开采致使上部土体发生变形，当上部为刚性桩复合地基时，也会随之受到扰动。为提出采动区刚性桩复合地基工程设计方法，本文通过室内三轴试验和数值模拟，对采动扰动前后刚性桩复合地基力学性能参数变化规律进行研究，最终给出采动区刚性桩复合地基承载力特征值折减建议值，所取得的主要成果如下： （1）扰动使复合地基强度参数降低，但桩体不发生破坏，复合地基强度参数降低是由桩间土体强度参数降低造成，侧向卸载扰动致使刚性桩复合地基等效粘聚力和等效内摩擦角降低，降低程度约10%，侧向加载扰动致使刚性桩复合地基等效粘聚力减小，减小幅度在5%以内，对等效内摩擦角影响较小； （2）刚性桩复合地基具有良好的抗采动变形性能，且随地基土力学性能提高而提高，当复合地基承载力达600kPa时，其受扰动后强度参数降低均在5%以下； （3）采动区复合地基承载力要求较高时优先考虑使用刚性桩复合地基，基于研究结果给出采动区刚性桩复合地基承载力特征值建议折减系数，当刚性桩复合地基承载力大于600kPa时，可不进行折减，大于450kPa小于600kPa时，以0.95的系数进行折减，小于450kPa时，以0.90的系数进行折减。

目录

声明

致谢

变量注释表

1 绪论

1.1 问题的提出及意义

1.2.1 国内外复合地基技术应用进展

1.2.2 采动区土体及复合地基扰动影响研究

1.2.3 刚性桩复合地基承载力研究

1.2.4 刚性桩复合地基沉降控制研究

1.2.5 刚性桩复合地基桩土荷载传递机制

1.3 尚可完善之处

1.4 研究内容、方法和技术路线

1.4.1 研究内容

1.4.2 研究方法和技术路线

2 模拟开采扰动过程刚性桩复合地基力学参数变化规律试验设计

2.1 工作面回采过程中刚性桩复合地基受力特性分析

2.2 模拟开采扰动过程的刚性桩复合地基试验设计

2.2.1 采动模拟方式的选定

2.2.2 模拟开采扰动过程的刚性桩复合地基试验方案设计

2.3 模拟开采扰动过程的刚性桩复合地基试验内容

2.3.1 试验设备

2.3.2 试验试件制备

2.3.3 试件饱和

2.3.4 常规三轴压缩试验

2.3.5 侧向卸载扰动模拟

2.3.5 侧向加载扰动模拟

2.4 本章小结

3 刚性桩复合地基开采扰动前后力学性能参数变化规律研究

3.1 常规三轴压缩试验结果分析

3.2 侧向卸载扰动试验结果分析

3.3 侧向加载扰动试验结果分析

3.4 侧向加卸载扰动程度与刚性桩复合地基水平应变关系

3.5 本章小结

4 不同土性中刚性桩复合地基开采扰动前后力学性能参数变化规律数值模拟研究

4.1 数值分析及模拟工具的选择

4.2 有限元计算模型建立

4.2.1 计算模型及建立方法的确定

4.2.2 单元类型选择

4.2.3 基本假设、模型计算参数选取、网格划分及边界条件

4.3 室内三轴试验数值模拟拟合

4.3.1 常规三轴试验数值模拟拟合

4.3.2 侧向卸载扰动试验数值模拟拟合

4.3.3 侧向加载扰动试验数值模拟拟合

4.3.4 室内试验与数值模拟拟合结果对比

4.4 不同土性中刚性桩复合地基抗采动变形性能研究

4.4.1 高强土中刚性桩复合地基抗采动变形性能研究

4.4.2 低强土中刚性桩复合地基抗采动变形性能研究

4.4.3 不同土性中刚性桩复合地基抗采动变形性能对比及分析

4.5 本章小结

5 结论与展望

5.1 主要结论

5.2 展望

参考文献

作者简历

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