桥基爆炸法挤密效应的数值模拟研究

摘要

对于地基承载力要求严格的桥梁工程，部分软弱地基或深层地基的承载力无法满足要求时，就需要用加固效果优越的爆炸挤密法进行地基处理。
　　以爆炸法的理论为基础，从有效加固范围公式推导和地面质点振动速度的研究入手，对爆炸法挤密桥梁地基的效果进行详细探讨。同时，借助另一个动力固结法（强夯法）与爆炸法进行全面的对比研究，最终对比结果表明爆炸法的挤密土体的效果优于强夯法。面对承载力需求较高的桥梁工程，对爆炸挤密法加固地基土的研究，具有十分重要的实际推广意义。针对此研究课题，本文主要对以下几个方面做了研究：
　　(1)介绍了爆炸法近些年在国内外的研究和使用情况。再以土的塑性力学，爆炸力学等为基础，推导出了球形装药爆炸法的有效加固范围公式。最后，以 MIDAS/GTS有限元软件模拟计算五组不同装药直径120mm、125mm、130mm、135mm和140mm时的有效加固深度，研究其变化规律。
　　(2)为了进行对爆炸震害的研究，在距离中心轴5m、10m、15m、20m和25m处分别设置测点，提取其 Z方向（即重力方向）振动峰值速度，进行结果的回归分析，得到爆炸地震波的衰减方程和五组振动速度衰减曲线。
　　(3)介绍了国内学者较为认可的强夯等效拟静力计算法，推导出了以此法为依据的有效加固深度公式。在以 MIDAS/GTS有限元软件模拟8000KN?m能量为单次夯击能时的土体有效加固深度，也要提取其在距离中心轴5m处的 Z方向（即重力方向）振动峰值速度，以便与爆炸法进行比较。
　　(4)对两种动力固结法在有效加固深度和质点振动速度两个方面进行对比分析，在对数值模拟结果进行比较后，可以认为爆炸法的挤密效应要好于强夯法，并且在施工工艺和工程经济性上都要优于强夯法。从爆炸当量换算的方面计算得到，强夯法的能量利用只为120mm装药直径炸药爆轰能量的37.6％。
　　通过理论研究和数值模拟的计算，证明爆炸法优于强夯法。将其运用于加固桥梁地基处理有很理想的实际意义。

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1 绪论

1.1 选题背景及研究意义

1.2 爆炸法挤密效应的研究现状

1.3 动力固结处理特殊土地基的研究现状

1.4 本文研究内容及方法

2 动力加固法处理地基挤密效应的机理分析

2.1 地基处理的动力固结方法

2.2 动力固结法处理地基的有效加固范围

2.3 质点振动速度回归分析

2.4 小结

3 爆炸法挤密效应的动力固结法数值模拟研究

3.1 有限元数值模拟理论

3.2 MADIS/GTS 有限元程序简介

3.3 爆炸荷载作用下挤密效应的模拟研究

3.4 模拟计算结果及分析

3.5 小结

4 强夯法动力加固地基的数值模拟研究

4.1 数值模拟研究

4.2 模拟计算结果及分析

4.3 两种动力固结方法的对比研究

4.4 两种动力固结法的优缺点和适用范围

4.5 小结

5 爆炸挤密成井的数值模拟研究

5.1 概述

5.2 爆炸挤密成井的理论分析

5.3 数值模拟研究

5.3 小结

6 结论及展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附 录