路堤荷载下水泥土搅拌桩复合地基现场测试与FEM分析

摘要

路堤荷载作用下水泥土搅拌法处理的软土地基，是一种典型的柔性荷载作用下柔性桩复合地基。近年来逐渐用于高等级铁路和公路的软土地基处理中，取得了较好的效果。 目前，柔性基础下柔性桩复合地基的承载能力在强度和变形两个方面有了一定的计算或估算方法，但由于对此种类型复合地基的荷载传递规律及其变形特性认识上的不足，使得计算结果与实际相比存在较大误差，且潜在不安全和不经济的风险。因此开展柔性基础下柔性桩复合地基的荷载传递规律及其变形特性的试验研究和计算分析有助于其理论的发展和工程中更合理的应用。 本文结合新建达成铁路200km/h客货共线段的水泥土搅拌端承桩软基处理段的大型现场试验，埋设大量试验元器件，进行了地基深层侧向位移、水泥土搅拌桩强度、地基沉降、孔隙水压力、桩土压力、加筋垫层土工格栅拉力等多项试验观测；同时应用ANSYS计算软件，进行了路堤荷载作用下水泥土搅拌端承桩复合地基承载和变形特性的初步数值分析，获得了地基深层水平位移、桩身轴力、地基各结构及土层沉降、荷载分担等计算结果。将现场试验和数值计算的结果进行比较分析，有以下基本认识和主要结论： (1)水泥土搅拌桩桩身附加应力沿地基深度方向先增加，后减小，最大桩身附加应力在桩体中段。 (2)桩间土附加应力在加固区范围内较小，在下卧层范围内迅速增大。 (3)实测显示桩间土不同深度的压缩曲线呈K字形分布，呈现上下两端段大，中间段小的基本特征，且压缩量最小处在桩身轴力最大处附近。 (4)路堤荷载施加到一定程度时，桩间土压力出现转折点，此后其所受部分附加应力逐渐向水泥土搅拌桩转移，使得桩顶附加应力进一步增加。 (5)超静孔隙水压的变化反映了路堤填筑的施工速率，填筑速度快，则超静孔隙水压大，反之则小。 (6)地基沉降和土工格栅的张拉应变与软基的深度密切相关，软基深，沉降与张拉应变大，软基浅，沉降与张拉应变小。土工格栅张拉力在路堤填筑完成后的放置期，因拉伸徐变作用，张拉力有所减小。 (7)地基深层水平位移实测与数值计算结果较接近，分布形态有一定差别。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1引言

1.2水泥土搅拌桩复合地基的特点

1.2.1水泥土搅拌桩复合地基的技术优点

1.2.2水泥土搅拌桩复合地基的承载特性

1.3水泥土搅拌桩法国内外发展现状

1.3.1国内发展现状

1.3.2国外发展现状

1.4柔性桩复合地基研究现状

1.4.1桩周负摩擦力的研究现状

1.4.2加筋垫层受力研究现状

1.4.3沉降特性研究现状

1.4.4承载特性研究现状

1.4.5数值模拟研究现状

1.5存在的问题

1.6本文所做的工作

第2章 现场试验设计方案

2.1现场地质条件

2.2软土地基加固方案

2.3试验内容及测试仪器埋设

2.3.1测斜管的埋设

2.3.2混凝土应变计的埋设

2.3.3沉降位移计的埋设

2.3.4孔隙水压计的埋设

2.3.5土压力盒埋设

2.3.6柔性位移计埋设

2.3.7沉降板埋设

2.3.8水平基准桩设置

第3章 现场测试结果分析

3.1地基深层侧向位移

3.2水泥土搅拌桩承载特性观测

3.2.1水泥土搅拌桩弹性模量测试

3.2.2水泥土搅拌桩桩身轴力观测

3.3地基分层沉降观测

3.4孔隙水压观测

3.5桩土压力观测

3.6加筋垫层土工格栅拉力观测

3.7地基总沉降观测

3.8小结

第4章 数值计算初步分析

4.1概述

4.2 ANSYS简介

4.3 DP本构模型

4.4计算方案

4.4.1计算假设

4.4.2计算参数

4.5计算结果分析

4.5.1不同荷载的变化

4.5.2垫层强度的变化

4.5.3桩间距的变化。

4.5.4桩体刚度的变化

4.5.5现场模拟计算结果

4.6小结

结论

致谢

参考文献

附表

攻读硕士学位期间发表的论文