循环荷载下刚柔性桩加筋垫层复合地基承载性状研究

摘要

刚柔性桩加筋垫层复合地基是一种经济有效的地基加固措施，目前对循环荷载下刚柔性桩加筋垫层复合地基承载性状的研究尚落后于工程实际。本文通过室内模型试验和三维有限元分析研究循环荷载下刚柔性桩加筋垫层复合地基的承载性状。
　　通过室内模型试验，研究了加载方式、刚性桩、加筋层数、加载幅值及加载频率对循环荷载下复合地基沉降、桩身应变和土工格栅应变的影响，并将室内模型试验与三维有限元计算结果进行了对比;采用基于现场地质条件的三维有限元分析，探讨了桩间距、柔性桩模量、柔性桩桩长、刚性桩桩长、土工格栅轴拉刚度及加筋层数对循环荷载下复合地基沉降、桩身轴力、荷载分担比及土工格栅张拉力的影响。
　　研究结果表明，复合地基沉降随着荷载增大、循环次数增加、加载幅值及加载频率增大而增大，且循环荷载下复合地基沉降累积效应明显;加入刚性桩、增加加筋层数、减小桩间距及增大刚性桩桩长均可减小复合地基沉降。桩身应变沿桩深先增大后减小;加筋层数越多，整体加筋效果越好，桩身应变越大;增加刚性桩后，桩土间的应力重新分配，柔性桩桩身应变有明显减小。随着桩间距增大，刚性桩与柔性桩轴力均有明显增大，但总的荷载分担比减小;桩模量或桩长对桩身轴力的影响显著，同时也影响桩土间的荷载分配情况;土工格栅轴拉刚度对桩身轴力和荷载分担比无明显影响。土工格栅应变分布受不同刚度桩布置影响非常显著，表现为桩边最大，其次为桩顶，桩间土最小;多层加筋时，各层土工格栅应变均比单层加筋时小，且上层土工格栅应变大于下层。土工格栅张拉力随着桩间距和土工格栅轴拉刚度增大而增大。本研究成果可为软土地基的加固处理提供技术支持，并为刚柔性桩加筋垫层复合地基的推广使用提供依据。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景及意义

1．2 循环荷载下刚柔性桩加筋垫层复合地基研究现状

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 循环荷载下复合地基研究现状

1．3 本文研究主要内容

第二章 刚柔性桩加筋垫层复合地基室内模型试验介绍

2．1 试验依据及目的

2．1．1 试验依据

2．1．2 试验目的

2．2 试验装置及设备

2．3 试验材料及参数

2．4 试验概况及测点布置

2．5 试验方案

2．5．1 试验加载方案

2．5．2 试验分组方案

2．6 试验步骤

2．7 本章小结

第三章 刚柔性桩加筋垫层复合地基室内模型试验结果分析

3．1 加载方式对复合地基承载性状的影响

3．1．1 静载与循环荷载下的复合地基沉降对比

3．1．2 静载与循环荷载下的桩身应变对比

3．1．3 静载与循环荷载下的土工格栅应变对比

3．2 循环荷载下刚性桩对复合地基承载性状的影响

3．2．1 循环荷载下刚性桩对复合地基沉降的影响

3．2．2 循环荷载下刚性桩对桩身应变的影响

3．2．3 循环荷载下刚性桩对土工格栅应变的影响

3．3 循环荷载下加筋层数对复合地基承载性状的影响

3．3．1 循环荷载下加筋层数对复合地基沉降的影响

3．3．2 循环荷载下加筋层数对桩身应变的影响

3．3．3 循环荷载下加筋层数对土工格栅应变的影响

3．4 加载幅值对复合地基承载性状的影响

3．4．1 加载幅值对复合地基沉降的影响

3．4．2 加载幅值对桩身应变的影响

3．4．3 加载幅值对土工格栅应变的影响

3．5 加载频率对复合地基承载性状的影响

3．5．1 加载频率对复合地基沉降的影响

3．5．2 加载频率对桩身应变的影响

3．5．3 加载频率对土工格栅应变的影响

3．6 工程建议

3．7 本章小结

第四章 室内模型试验的三维有限元分析

4．1 本构模型及参数设置

4．1．1 土体的本构模型及参数设置

4．1．2 桩的本构模型及参数设置

4．1．3 土工格栅的本构模型及参数设置

4．2 室内模型试验的三维有限元模型

4．2．1 几何模型的建立

4．2．2 网格划分设置

4．2．3 接触及边界条件设置

4．2．4 施工过程模拟

4．2．5 三维有限元计算方案

4．3 静载下室内模型试验的三维有限元分析

4．3．1 静载下室内模型试验与三维有限元计算的沉降分析

4．3．2 静载下室内模型试验与三维有限元计算的桩身应变分析

4．3．3 静载下室内模型试验与三维有限元计算的土工格栅应变分析

4．4 循环荷载下室内模型试验的三维有限元分析

4．4．1 循环荷载下的室内模型试验与三维有限元计算的沉降分析

4．4．2 循环荷载下室内模型试验与三维有限元计算的桩身应变分析

4．4．3 循环荷载下室内模型试验与三维有限元计算的土工格栅应变分析

4．5 工程建议

4．6 本章小结

第五章 刚柔性桩加筋垫层复合地基三维有限元分析

5．1 三维有限元模型介绍

5．1．1 几何模型及参数设置

5．1．2 网格划分及监测点设置

5．1．3 接触及边界条件设置

5．1．4 三维有限元计算方案

5．2 静载下刚柔性桩加筋垫层复合地基承载性状分析

5．2．1 静载下的复合地基沉降分析

5．2．2 静载下的桩身轴力分析

5．2．3 静载下的荷载分担比分析

5．2．4 静载下的土工格栅张拉力分析

5．3 循环荷载下刚柔性桩加筋垫层复合地基承载性状分析

5．3．1 循环荷载下的复合地基沉降分析

5．3．2 循环荷载下的桩身轴力分析

5．3．3 循环荷载下的荷载分担比分析

5．3．4 循环荷载下的土工格栅张拉力分析

5．4 循环荷载下桩间距对复合地基承载性状的影响

5．4．1 循环荷载下桩间距对复合地基沉降的影响

5．4．2 循环荷载下桩间距对桩身轴力的影响

5．4．3 循环荷载下桩间距对荷载分担比的影响

5．4．4 循环荷载下桩间距对土工格栅张拉力的影响

5．5 循环荷载下柔性桩模量对复合地基承载性状的影响

5．5．1 循环荷载下柔性桩模量对复合地基沉降的影响

5．5．2 循环荷载下柔性桩模量对桩身轴力的影响

5．5．3 循环荷载下柔性桩模量对荷载分担比的影响

5．5．4 循环荷载下柔性桩模量对土工格栅张拉力的影响

5．6 循环荷载下柔性桩桩长对复合地基承载性状的影响

5．6．1 循环荷载下柔性桩桩长对复合地基沉降的影响

5．6．2 循环荷载下柔性桩桩长对桩身轴力的影响

5．6．3 循环荷载下柔性桩桩长对荷载分担比的影响

5．6．4 循环荷载下柔性桩桩长对土工格栅张拉力的影响

5．7 循环荷载下刚性桩桩长对复合地基承载性状的影响

5．7．1 循环荷载下刚性桩桩长对复合地基沉降的影响

5．7．2 循环荷载下刚性桩桩长对桩身轴力的影响

5．7．3 循环荷载下刚性桩桩长对荷载分担比的影响

5．7．4 循环荷载下刚性桩桩长对土工格栅张拉力的影响

5．8 循环荷载下土工格栅轴拉刚度对复合地基承载性状的影响

5．8．1 循环荷载下土工格栅轴拉刚度对复合地基沉降的影响

5．8．2 循环荷载下土工格栅轴拉刚度对桩身轴力的影响

5．8．3 循环荷载下土工格栅轴拉刚度对桩土荷载分担比的影响

5．8．4 循环荷载下土工格栅轴拉刚度对土工格栅张拉力的影响

5．9 循环荷载下加筋层数对复合地基承载性状的影响

5．9．1 循环荷载下加筋层数对复合地基沉降的影响

5．9．2 循环荷载下加筋层数对桩身轴力的影响

5．9．3 循环荷载下加筋层数对荷载分担比的影响

5．9．4 循环荷载下加筋层数对土工格栅张拉力的影响

5．10 工程建议

5．11 本章小结

6．1 本文主要结论

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果

致谢