高速铁路中等软基CFG桩复合地基加固机理的有限元分析

摘要

现代高速铁路软基处理大多数采用CFG桩进行加固。有必要对影响沉降的主要因子以及CFG桩复合地基的工作机理进行分析。本文首先对桩间土压缩模量、桩长、桩间距、下卧层压缩模量以及基础压缩模量等主要影响因子进行数值模拟仿真分析。在此基础上，以京沪高速铁路中等软基地段CFG桩复合地基为例，进行现测试分析以及数值模拟仿真分析。 京沪高速铁路DK190+100～DK190+300位于天津特大桥与青沧特大桥之间，李窑铺轨基地左侧，地形平坦，地势开阔，以填方通过，路堤填高为7.3m。所穿越的地质条件多为粉土及粉质黏土，由于高速铁路对沉降的要求较高，软基处理采用CFG桩加固。本文以此为主要研究对象，进行了野外地质调查、现场监测、理论分析和二维PLAXIS有限元程序数值模拟和仿真研究等工作。通过对CFG桩复合地基施工的不同阶段的应力、沉降观测和二维PLAXIS有限元数值模拟，探讨了路基基底及路基顶面的沉降以及桩土应力比的变化。并对“桩网”结构、“带帽桩网”结构以及“钢筋混凝土板”结构等几种型式进行数值模拟及对比分析。在以上监测、计算和分析的基础上，对CFG桩复合地基的施工过程和工后加载对沉降及其工作机理进行了评价。 论文得出的成果和结论主要有： 综合应用现场监测、有限元数值模拟和理论分析等方法，揭示了路堤荷载下CFG桩复合地基的荷载传递和沉降变形规律。 开展现场试验研究，通过现场监测等手段对CFG桩加固效果进行全面分析评价。结果表明CFG桩处理高速铁路中等软基是有效的、可靠的，各项技术指标均满足设计要求，其相关设计参数和施工工艺对于其它类似工程建设具有指导和借鉴作用。 详细分析了现场监测数据，研究路堤荷载作用下CFG桩复合地基的变形性状。结果表明CFG桩能大幅度提高地基承载力，显著减少地基沉降，桩土应力比较大，桩身应力集中现象明显，桩体承担大部分荷载。 通过对“桩板”结构、“桩网”结构以及“带帽桩网”结构的沉降及桩土应力比的对比表明，“桩板”结构控制沉降优于其它两种型式。“带帽桩网” 结构能够更好的发挥桩的优势，形成土拱效应较明显。若沉降控制在规范允许范围内，综合考虑造价等其它因素，“带帽桩网”结构具有一定的优势。

目录

文摘

英文文摘

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第1章绪论

1.1论文选题来源

1.2 CFG桩国内应用现状

1.3研究目标与内容

1.3.1研究目标

1.3.2研究内容

1.3.3研究方法

第2章CFG桩复合地基

2.1复合地基的定义及分类

2.2复合地基的形成条件

2.3 CFG桩复合地基

2.3.1 CFG桩复合地基概述

2.3.2 CFG桩复合地基置换率与桩土应力比

2.4刚性基础下CFG桩复合地基变形计算的实用计算方法

2.5柔性基础下桩体复合地基理论研究

2.6 CFG桩复合地基作用机理

2.7本章小结

第3章CFG桩复合地基有限元分析

3.1有限单元法及PLAXIS有限元软件简介

3.2柔性荷载下CFG桩复合地基影响因子分析

3.2.1 计算模型的建立

3.2.2桩间土压缩模量对沉降及桩土应力比的影响

3.2.3持力层以下桩长对沉降及桩土应力比的影响

3.2.4桩间距对沉降及桩土应力比的影响

3.2.5下卧层压缩模量对沉降及桩土应力比的影响

3.2.6基础压缩模量对沉降及桩土应力比的影响

3.3本章小节

第4章京沪线CFG桩复合地基现场测试与数值模拟分析

4.1京沪线试验工点工程地质概况

4.2路基设计及测试

4.2.1 路基设计型式

4.2.2测试方案

4.2.3各测试参数随施工进度的测试结果

4.3施工阶段的数值模拟

4.3.1 PLAXIS数值模拟的模型

4.3.2施工阶段的数值模拟和仿真研究

4.4数值模拟和现场测试的结果分析与比较

4.5不同方案数值模拟结果分析与比较

4.5.1数值模拟结果

4.5.2计算结果分析与比较

4.6本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研工作