长板—短桩工法离心模型试验设计与分析

摘要

针对深厚饱和软土地基上修建高等级公路中存在的承载力和沉降变形主要问题，提出采用长的塑料排水板(或砂井)与短的水泥土搅拌桩联合处理的方法，简称长板-短桩工法(D-M工法)。长板-短桩工法中利用短桩增加复合层在的承载力和地基稳定性，竖向排水体加快固结层和未加固层的排水固结，减小了工后沉降，并具有可观的经济效益。 为进一步了解该工法的加固机理，设计对桩长、置换率、板长三种参数和单一水泥土搅拌桩或排水板处理的9组离心模型试验方案，并借助同济大学TLJ-150大型土工离心机对其中一组方案进行实践，以验证设计方案的合理性和可行性。 本次长板-短桩离心模型试验利用离心模型的固结时间是原型固结时间的1/N2的原理，用预制水泥土桩代替水泥土搅拌桩、毛线替代塑料排水板法制作试验模型，使其满足与原型几何相似、运动相似和力相似的要求；利用预压路基自重和液压千斤项提供的力来模拟上部附加荷载，通过改变液压千斤顶力的大小来模拟路基分级施工、预压和运营三阶段的超孔隙水压力消散的过程；通过电测实时处理系统采集量测桩顶和桩间土应力以及两者的沉降、地基中超孔隙水压力；选择合理的数据分析方法，结合试验数据对长板-短桩工法加固机理进行研究。 试验结果验证了本次离心模型试验设计和结果分析方法是科学、可行的，为以后类似的离心模型试验起到一定指导作用。试验结果反映出复合地基如下基本特征： 1.桩与桩间土存在沉降差，充分发挥桩间土作用，减小桩上应力集中； 2.地基中心处沉降最大；地基坡脚处水平位移最大； 3.超孔隙水压力消散速度：复合层＞固结层＞未加固层； 4.路基填筑产生地基隆起现象。 最后对下一步试验工作提出了一些建议。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章概述

1.1本文的研究背景

1.1.1长板—短桩组合型复合地基工法的应用背景

1.1.2问题的提出

1.2长板—短桩组合型复合地基工法的研究现状

1.3土工离心机发展简史及其在地基处理研究中的应用

1.3.1土工离心机的发展简史

1.3.2土工离心模型试验在地基处理研究中的应用

1.4本文的研究思路和内容

第2章土工离心机原理

2.1土工离心机原理

2.1.1相似定律

2.1.2土工离心机原理

2.2离心模型试验设备

2.2.1 150g.t离心机

2.2.2数据采集系统

2.2.3液压加载系统

2.3模型比尺n的确定

2.3.1离心机的力场与特性

2.3.2模型比尺n的选择

第3章长板—短桩工法介绍

3.1概述

3.2长板-短桩工法的组成

3.3长板-短桩工法的布置

3.4长板-短桩工法的特点与适用范围

3.5长板-短桩工法的设计

3.6长板-短桩工法的施工

第4章长板—短桩工法离心模型试验设计

4.1模型土层的模拟

4.2水泥土搅拌桩的模拟

4.2.1水泥土搅拌桩模拟方法的介绍

4.2.2本次离心模型试验中水泥土搅拌桩的模拟方法

4.3塑排排水板的模拟

4.3.1塑料排水板模拟方法的介绍

4.3.2本次离心模型试验中选用的塑料排水板模拟方法

4.4路基的模拟

4.4.1路基的模拟方法介绍

4.4.2本次离心模型试验中路基模拟方法

4.5荷载的模拟

4.5.1一次性加载

4.5.2通过停机实现试验过程中分级加载

4.5.3在试验过程中通过变加速度来实现分级加载

4.5.4通过千斤顶实现在试验过程中分级加载

4.5.5本次离心模型试验选择的荷载模拟方法

4.6量测技术

4.6.1桩顶和桩间土的沉降测量

4.6.2地基上部荷载的测量

4.6.3地基土中孔隙水压力的测量

4.6.4复合地基的桩土应力比的测量

4.7长板—短桩工法离心模型试验

4.7.1长板—短桩工法离心模型试验方案设计

4.7.2长板—短桩工法离心模型试验研究

4.8本章小结

第5章长板—短桩工法离心模型试验结果与分析

5.1离心模型沉降结果与分析

5.1.1由位移传感器观测的沉降

5.1.2标点法观测的沉降

5.1.3沉降结果分析

5.2离心模型孔隙水压力结果与分析

5.2.1孔隙水压力值的观测方法

5.2.2孔隙水压力数据分析

5.3离心模型桩土应力比结果与分析

5.3.1桩土应力比的观测方法

5.3.2桩土应力比的数据分析

5.4本章小结

第6章结论与展望

6.1主要结论

6.2进一步工作的建议

致谢

参考文献

附录

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果