循环荷载下刚柔性桩承加筋土复合地基承载变形性状研究

摘要

刚柔性桩承加筋土复合地基是指在地基中设置刚柔性长短桩作为竖向加筋材料，并在垫层中设置水平加筋材料的地基加固方法。因其加固效果好、工期短、成本较低的特点，该技术常用于软土路基的加固。目前针对循环荷载下刚柔性桩承加筋土复合地基承载变形性状的研究较少。本文结合室内模型试验和数值分析方法对循环荷载下刚柔性桩承加筋土复合地基承载变形性状进行研究。 以大比尺模型试验为研究手段，探究荷载频率、土工格栅加筋层数和支承桩类型对循环荷载作用下刚柔性桩承加筋土复合地基坡顶沉降、土工格栅应变、桩身轴力分布及桩体荷载分担比的影响。使用Plaxis3D软件模拟模型试验，对比数值模拟结果与模型试验结果。基于杭州地区地质条件，根据实际工程尺寸建立复合地基数值模型，通过数值正交试验，确定桩帽尺寸、土工格栅层数、柔性桩桩长、格栅刚度等对循环荷载下复合地基沉降变形的影响大小;通过数值对比试验研究影响最大的两个因素对复合地基承载变形性状的具体影响。 模型试验结果表明，循环荷载作用下，刚柔性桩承加筋土复合地基的坡顶沉降随着荷载循环次数增大而不断增大，但增长速度趋缓;增大循环荷载频率时，复合地基沉降也会随之增大;增加土工格栅层数能减小复合地基的累计沉降;仅采用柔性桩作为支承桩时，复合地基沉降明显大于采用刚柔性桩作为支撑桩的工况。循环荷载作用下土工格栅应变受荷载频率、格栅层数、支承桩类型的影响与复合地基坡顶沉降类似;土工格栅应变与其所在位置有关，刚性桩顶附近处土工格栅应变较大，桩间土位置处土工格栅应变较小。刚性桩与柔性桩桩身轴力分布情况不同，刚性桩起主要的承载作用;增大荷载频率和增加土工格栅层数均能提升桩体荷载分担比。 采用Plaxis3D进行数值模拟时获得的循环荷载下复合地基沉降变化规律、土工格栅应变分布规律、桩身轴力增长规律与模型试验相似，这表明采用Plaxis3D分析复合地基性状是可行的。数值正交试验结果表明，刚性桩桩帽尺寸与土工格栅层数对复合地基沉降变形的影响最大。数值对比试验结果表明，增大桩帽尺寸能显著提升复合地基中桩体荷载分担比，减少复合地基最大沉降;增加土工格栅层数能略微提升桩体荷载分担比，小幅减小复合地基沉降最大沉降。研究结果可为循环荷载下刚柔性桩承加筋土复合地基的优化设计提供思路。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1研究背景与意义

1．2循环荷载下刚柔桩承加筋土复合地基研究现状

1．2．1桩承加筋土复合地基研究现状

1．2．2刚柔性桩复合地基研究现状

1．2．3刚柔性桩承加筋土复合地基研究现状

1．3本文主要研究内容

1．4技术路线

第二章循环荷载下刚柔性桩承加筋土复合地基模型试验简介

2．1模型试验相似分析

2．2模型试验方法

2．2．1试验目的与方案

2．2．2试验模型与材料

2．2．3加载方法

2．2．4试验仪器与操作

2．3本章小结

第三章循环荷载下刚柔性桩承加筋土复合地基模型试验结果分析

3．1刚柔性桩承加筋土复合地基的坡顶沉降分析

3．1．1上部荷载的影响

3．1．2支承桩类型的影响

3．1．3格栅层数的影响

3．2刚柔性桩承加筋土复合地基的土工格栅应变分析

3．2．1上部荷载的影响

3．2．2支承桩类型的影响

3．2．3格栅层数的影响

3．3刚柔性桩承加筋土复合地基中支承桩的桩身轴力分析

3．3．1上部荷载的影响

3．3．2支承桩类型的影响

3．3．3格栅层数的影响

3．4刚柔性桩承加筋土复合地基中桩体荷载分担比分析

3．4．1上部荷载的影响

3．4．2支承桩类型的影响

3．4．3格栅层数的影响

3．5有限元模拟验证

3．5．1几何模型与网格划分

3．5．2材料参数与界面参数

3．5．3边界条件及初始条件

3．5．4计算步骤设置

3．5．5有限元模拟结果分析

3．6工程建议

3．7本章小结

第四章基于正交设计的循环荷载下刚柔性桩承加筋土复合地基数值试验

4．1概述

4．2正交方案设计

4．3数值模型设置

4．3．1几何模型与网格划分

4．3．2材料参数与界面参数

4．3．3边界条件及初始条件

4．3．4计算步骤设置

4．4数值正交试验结果分析

4．4．1复合地基沉降分析

4．4．2复合地基水平位移分析

4．5数值对比试验方案

4．6数值对比试验结果分析

4．6．1复合地基沉降分析

4．6．2土工格栅张拉力分析

4．6．3荷载分担比分析

4．7工程建议

4．8本章小结

第五章结论与展望

5．1主要结论

5．2展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果