刚性桩复合地基支承路堤的失稳破坏机理及其稳定分析方法研究

摘要

路堤的整体稳定问题是在软土地区进行路堤快速填筑施工的关键问题。因此，为了满足路堤的整体稳定性要求或工后沉降的要求，越来越多地采用在软土地基中设置刚性桩形成复合地基支承路堤的方法。然而在实际工程中，即使采用刚性桩加固软土地基，路堤滑坡事故也时有发生，这主要是由于现存的稳定分析方法的不合理性造成的。
　　为了合理评估刚性桩复合地基支承路堤的整体稳定性，本文首先对天然地基上的路堤、单排桩条件下和群桩条件下刚性桩复合地基支承路堤的失稳破坏机理进行离心模型试验。结果表明：路堤下不同位置桩体将先后发生弯曲破坏，而并不是同时发生弯曲破坏；当桩身抗弯刚度与强度较高、桩距较大且桩下端嵌入较硬土层足够深度时，可产生桩间土体沿桩的绕流甚至因产生绕流而导致路堤失稳破坏；当桩身抗弯刚度与强度较低时，桩体会首先在软硬土层交界面处发生弯曲破坏，并可在路堤失稳前在桩身上部发生第二次弯曲破坏或者整体倾覆破坏。
　　同时，基于离心模型试验，采用三维有限差分数值方法对单排桩条件下和群桩条件下刚性桩复合地基支承路堤进行了数值分析，主要研究了不同抗弯刚度和强度、不同桩长细比、不同桩端嵌固条件、不同桩间距和土层分布条件下桩体的受力与变形性状、破坏模式以及路堤的失稳破坏机理。结果表明：数值分析结果与模型试验结果相似；路堤下桩体弯曲破坏比剪切破坏易于发生，且路堤下的各桩是一个渐进破坏过程，这样路堤发生失稳破坏也是一个渐进破坏过程；当桩体抗弯刚度和强度、桩长细比、桩端嵌固条件、桩间距、以及土层分布条件不同时，路堤下桩体存在多种破坏模式：
　　（1）桩体弯曲破坏+桩体整体倾覆破坏；
　　（2）桩体弯曲破坏+桩体弯曲破坏；
　　（3）桩体整体倾覆破坏；
　　（4）桩体向路堤中心侧发生了整体倾覆；
　　（5）桩间土体绕流破坏。
　　基于软土地基上刚性桩复合地基支承路堤的失稳破坏机理研究，提出了相应的简化稳定分析方法，并采用这些方法分别对无筋刚性桩（素混凝土桩）和钢筋混凝土桩复合地基支承路堤的稳定算例进行了大量计算。最后建议采用等效抗剪强度法、等效荷载法、等效砂桩法和英国BS8006规范方法对刚性桩复合地基支承路堤的稳定性进行综合分析。同时为了保证设计的冗余度，针对不同的稳定分析方法建议了相应的稳定安全系数。

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第一章 绪论

1.1研究背景

1.2软土地基处理

1.3土工离心模型试验

1.4数值分析研究现状

1.5现行柱状加固体复合地基支承路堤的稳定分析方法及其存在的问题

1.6本文主要工作

第二章 刚性桩复合地基支承路堤失稳破坏机理的离心模型试验——单排桩条件下的分析

2.1离心试验设备

2.2离心模型试验方案

2.3模型制作

2.4模型桩的制备

2.5试验过程

2.6试验结果与分析

2.7本章小结

第三章 刚性桩复合地基支承路堤失稳破坏机理的离心模型试验——群桩条件下的分析

3.1离心模型试验方案

3.2模型制作

3.3模型桩的制备

3.4试验过程

3.5试验结果与分析

3.6本章小结

第四章 刚性桩复合地基支承路堤失稳破坏机理的数值模拟——单排桩条件下的分析

4.1基本算例

4.2路堤破坏形式三维数值分析

4.3本章小结

第五章 刚性桩复合地基支承路堤失稳破坏机理的数值模拟——群桩条件下的分析

5.1基本算例

5.2路堤破坏形式三维数值分析

5.3本章小结

第六章 软土中无筋刚性桩复合地基支承路堤的整体稳定实用计算方法分析

6.1无筋刚性桩复合地基支承路堤的破坏形式三维数值分析

6.2无筋刚性桩复合地基支承路堤整体稳定分析方法

6.3无筋刚性桩复合地基支承路堤的二维稳定性分析

6.4不同简化稳定分析方法的对比分析

6.5本章小结

第七章 软土中钢筋混凝土桩复合地基支承路堤的整体稳定实用计算方法分析

7.1典型算例的选取

7.2钢筋混凝土桩复合地基支承路堤的二维稳定性分析

7.3不同简化稳定分析方法的对比分析

7.4本章小结

第八章 结论与展望

8.1结论

8.2展望

附 录

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢