深厚层软土路基桩网复合结构地基沉降机理及计算方法研究

摘要

高速铁路不仅要求路堤稳定，而且对路基工后沉降的控制有极严格的标准。《新建时速200公里客货共线铁路设计暂行规定》、《时速250公里及以下新建客运专线铁路设计规范》和《新建时速300～350公里客运专线铁路设计暂行规定》明确规定：对有砟轨道，时速200公里和250公里，路基工后沉降不应大于15cm和10cm，时速大于300公里，路基工后沉降不应大于5cm。《客运专线无碴轨道铁路设计指南》要求：对无砟轨道，路基工后沉降不应大于15mm，这对于沉降的控制提出更高的要求。桩网复合结构作为一种处理深厚层软土的方法，可以有效的控制路基工后沉降，节约成本，日益受到人们的重视。 桩网复合结构应用于高速铁路深厚层软土地基工程中，其设计有别于建筑工程，目前国内还没有规范可循，国外虽然存在相应的规范，但根据各国规范计算所得结果差别较大，因而有必要对其适用性进行分析。 目前国内外对于桩网复合结构的作用机理都开展了研究，但对于桩网复合结构中的桩帽的影响和作用机理，还缺乏系统的认识。同时桩网复合结构地基沉降还没有符合作用机理的计算方法，只能借用建筑地基基础的计算理论，因而有必要结合沉降规律和荷载传递规律，建立满足桩网复合结构作用机理的沉降计算方法。 本文针对上述问题，从数值模拟、现场试验、理论分析等方面对桩网复合结构的作用机理和沉降计算方法进行了研究和探讨，本文主要研究工作如下： 1、通过数值模拟分析了桩网复合结构的荷载传递规律和沉降规律，分析了桩间距、桩帽对荷载传递和沉降的影响。同时结合某典型软土地段分析了深厚层软土地区桩网复合结构设计参数对沉降和桩土应力比的影响。 2、通过CFG桩网复合结构现场试验，分析了CFG桩网复合结构沉降和荷载传递规律，为理论研究提供了依据。 3、通过实际工程分析比较了各国规范中作用在土工格栅上的荷载计算方法，结果表明德国规范计算的土工格栅上的荷载变化规律与实际相符，可以满足作用在土工格栅上的荷载计算的需要。在此基础上，根据土工格栅的特性，将土工格栅简化为膜，推导出弹性地基上膜的挠度方程，进一步推导出考虑土工格栅作用的桩土应力比和桩荷载分担比的计算方法，并分析了桩间距、填土高度、土工格栅抗拉刚度、地基刚度对桩荷载分担比的影响。 4、根据高速铁路路堤设计荷载，建立了桩网复合结构地基沉降计算模型。通过假定桩土界面摩阻力与相对位移为弹塑性关系；桩极限侧摩阻力与桩侧压力成线性关系；桩端土符合Winkler地基模型，同时结合桩土相互作用机理，建立了协同作用基本微分方程，进而得到了桩网复合结构桩、桩间土沉降解析解。并通过实例进行了验证。 5、通过桩网复合结构地基沉降的理论计算和数值计算，分析了桩网复合结构设计参数对地基沉降的影响，并提出了建议。 最后，关于进一步研究工作的方向进行了简要的讨论。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1研究背景及意义

1.1.1现阶段铁路的建设发展需要

1.1.2深厚层软土地基处理的特殊性

1.2桩网复合结构概况及研究现状

1.2.1桩网复合结构的应用状况

1.2.2桩网复合结构处理软土地基作用机理研究现状

1.2.3桩网复合结构地基沉降计算方法的研究现状

1.3本文研究内容

第2章桩网复合结构作用机理数值模拟研究

2.1 FLAC3D简介

2.1.1 FLAC3D的特点

2.1.2FLAC的基本原理

2.1.3FLAC3D中关于桩网复合结构的结构单元简介

2.2桩网复合结构应力分布和沉降规律数值模拟

2.2.1桩网复合结构计算模型建立及参数的确定

2.2.2地基附加应力分布规律

2.2.3荷载传递机理

2.2.4地基沉降规律

2.3桩网复合结构设计参数对桩网复合结构地基沉降和桩土应力比影响的数值模拟

2.3.1深厚层软土概况及地基处理方式

2.3.2计算模型的建立

2.3.3计算参数的确定

2.3.4桩网复合结构设计参数对地基沉降和桩土应力比的影响分析

2.4小结

第3章深厚层软土地基桩网复合结构试验研究

3.1试验概况

3.1.1地质条件

3.1.2路基基床结构形式设计

3.1.3试验内容

3.1.4试验设计

3.2试验结果分析

3.2.1路基断面桩土沉降规律和桩土差异沉降研究

3.2.2分层沉降研究

3.2.3路基应力分布规律和桩土应力比研究

3.2.4土工格栅应力应变分析

3.3本章小结

第4章桩荷载分担比计算方法研究

4.1引言

4.2作用在土工格栅上荷载计算方法的研究

4.2.1国外规范的计算方法

4.2.2各国规范分析比较

4.3土工格栅下桩间土应力计算

4.3.1土工格栅挠度方程

4.3.2桩网复合结构的桩荷载分担比及桩土应力比

4.4桩网复合结构设计参数对桩荷载分担比的影响研究

4.4.1桩间距及填土高度对桩荷载分担比的影响

4.4.2土工格栅抗拉强度对桩荷载分担比的影响

4.4.3地基刚度对桩荷载分担比的影响

4.5小结

第5章桩网复合结构地基沉降计算方法研究

5.1桩网复合结构地基沉降组成及高速铁路路堤沉降控制标准

5.1.1桩网复合结构地基沉降组成

5.1.2高速铁路沉降控制标准

5.2桩网复合结构地基沉降计算方法

5.2.1建立桩网复合结构地基沉降计算方法的思路

5.2.2理论假设

5.2.3基本方程及其解答

5.2.4无桩帽的桩网复合结构地基沉降计算方法

5.2.5带桩帽的桩网复合结构地基沉降计算方法

5.3计算实例

5.3.1无桩帽桩网复合结构地基沉降计算

5.3.2有桩帽的桩网复合结构沉降计算

5.4桩网复合结构设计参数分析

5.4.1桩长分析

5.4.2桩间距分析

5.4.3桩帽对地基沉降的影响

5.4.4土工格栅分析

5.5小结

第6章结论与展望

6.1结论

6.2进一步研究的方向

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果