低强度桩复合地基稳定性变形协调分析

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低强度桩复合地基主要通过桩体的置换作用来提高地基的承载力,控制地基沉降,增强地基稳定性。低强度桩包括水泥搅拌桩、水泥砂浆桩、高压旋喷桩、CFG桩等强度比钢筋混凝土桩低的多的素混凝土类桩。由于低强度桩的强度和成桩工艺的多样化及土体的离散性,导致了低强度桩复合地基复杂的工程特性。为了更深刻的理解低强度桩复合地基的工程特性,本文采用理论计算、数值模拟分析、原位观测等相结合的方法,综合分析了复合地基中的桩体、加筋垫层、土体、上部荷载在复合地基中的相互作用,对整个复合地基的影响。分析过程,从低强度桩复合地基变形模式出发,建立了一组低强度桩复合地基变形及稳定性应力-应变协调方程。方程推导过程中,考虑了桩-土-垫层之间的相互作用,得出了桩土应力比和等沉面深度的解析解,并进一步得出了桩和桩间土体的应力分布规律及压缩变形量、桩体上刺入垫层、下刺入下卧土层的刺入量。在此基础上,通过与复合地基下卧土层的压缩变形量求和,最终推导出了低强度桩复合地基的总沉降计算公式。进一步采用弹性地基梁理论分析了群桩中基桩的稳定性和挠曲变形特性。根据上述复合地基的应力-应变协调方程中得出的桩间土的受力状态,采用摩尔-库伦理论分析桩间土的绕桩破坏。通过低强度桩复合地基的应力-应变协调方程图表化,应用到工程实际设计中。利用通用有限元软件对低强度桩复合地基进行弹塑性分析。引入素混凝土弥散开裂模型的弹塑性本构关系,得出低强度桩复合地基的沉降及破坏规律。通过路堤试验段的原位测试,对低强度桩复合地基加固的路堤进行包括沉降、测斜在内的全方位观测,证明了理论计算结果和数值分析结果的合理性。
中文摘要第3-4页
ABSTRACT第4页
第一章 低强度桩复合地基稳定性及变形研究现状分析第8-25页
    1.1 引言第8-12页
        1.1.1 复合地基的概念及发展应用第8-10页
        1.1.2 复合地基分类第10-12页
    1.2 低强度桩复合地基稳定性及变形机理的国内外研究现状第12-21页
        1.2.1 低强度桩复合地基数值模拟分析第13-16页
        1.2.3 低强度桩复合地基的理论分析第16-19页
        1.2.4 低强度桩复合地基试验第19-21页
    1.3 低强度桩复合地基稳定性及变形的研究内容和方法第21-25页
第二章 低强度桩复合地基沉降计算方法研究第25-42页
    2.1 低强度桩复合地基的变形模式第25-29页
        2.1.1 低强度桩复合地基的变形模式第25-27页
        2.1.2 低强度桩复合地基应力-应变协调方程的基本假定第27-29页
    2.2 低强度桩复合地基应力-应变协调方程推导过程第29-34页
        2.2.1 桩间土附加应力分布第29-30页
        2.2.2 等沉面以上土体的压缩量计算第30页
        2.2.3 等沉面以下土体的压缩量计算第30-31页
        2.2.4 等沉面以上桩体压缩量计算第31-32页
        2.2.5 等沉面以下桩体压缩量计算第32页
        2.2.6 桩体刺入下卧土层的刺入量计算第32-33页
        2.2.7 应力-应变协调方程第33-34页
    2.3 路堤荷载作用下低强度桩复合地基稳定性分析第34-41页
        2.3.1 地基模型的基本假定第35-36页
        2.3.2 地基模型的求解第36-40页
        2.3.3 地基中桩间土的绕桩破坏第40-41页
    2.4 本章小结第41-42页
第三章 工程计算第42-59页
    3.1 复合地基的计算参数第42-45页
        3.1.1 桩间土参数第42-43页
        3.1.2 低强度桩基参数第43-45页
    3.2 复合地基沉降变形计算第45-57页
        3.2.1 复合地基沉降计算表第45-51页
        3.2.2 复合地基沉降计算分析第51-57页
    3.3 复合地基稳定性分析第57-58页
    3.4 本章小结第58-59页
第四章 路堤柔性基础下低强度桩复合地基有限元分析第59-85页
    4.1 有限元法基本原理第60-66页
        4.1.1 微分方程的等效积分形式第60-61页
        4.1.2 加权余量法第61-63页
        4.1.3 弹性力学的基本方程第63-65页
        4.1.4 虚功原理和变分原理第65-66页
    4.2 本构方程第66-79页
        4.2.1 土体本构方程第67-72页
        4.2.2 混凝土本构方程第72-79页
    4.3 工程实例第79-84页
        4.3.1 工程概况第79页
        4.3.2 有限元计算结果第79-84页
    4.4 本章小结第84-85页
第五章 原型试验第85-106页
    5.1 试验段基本概况第85-87页
        5.1.1 试验元器件技术指标第85页
        5.1.2 分层沉降仪的埋设及测试第85-86页
        5.1.3 测斜管的埋设及测试第86-87页
        5.1.4 剖面管及沉降板的埋设及测试第87页
    5.2 元器件布置第87-90页
    5.3 试验数据的分析第90-102页
        5.3.1 地基沉降分析第90-102页
            5.3.1.1 沉降板观测数据的分析第91-94页
            5.3.1.2 剖面管观测数据分析第94-98页
            5.3.1.3 分层沉降仪观测数据分析第98-102页
        5.3.2 地基沉降综合分析第102页
    5.4 地基的水平位移分析第102-104页
    5.5 本章小结第104-106页
第六章 结论与展望第106-109页
    6.1 结论第106-107页
    6.2 本文创新点第107页
    6.3 展望第107-109页
参考文献第109-117页
发表论文和科研情况说明第117-118页
致谢第118页
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