土載格室+碎石樁雙向增強復合地基承載特性沉降計算研究.pdf

1、土工格室+碎石樁雙向增強復合地基作為一種新型的軟基處治方法,因其良好的工作性能獲得了工程界的青睞,目前在公路軟基處治、鐵路路基加固、油罐地基加固等工程中得到了廣泛應用,并取得了良好的加固效果,但是該處治方法的理論研究尚欠成熟。為此,本文結合國家高技術研究發(fā)展計劃(863計劃)項目“大面積不均勻公路軟弱地基按沉降控制雙向增強處治技術”(2006AA112104)、國家自然科學基金項目(51078138)及湖南大學博士學位論文選題資助項目,

2、從土工格室+碎石樁雙向增強復合地基的承載機理分析、固結分析、樁土應力比計算、沉降計算等方面出發(fā),通過理論分析和室內模型試驗并結合工程實際進行較深入系統(tǒng)的研究。
　　本文首先針對土工格室和碎石樁復合地基的作用機理進行探討,在此基礎上對兩者組合而成的雙向增強復合地基的作用機理進行分析;對土工格室加筋墊層和碎石樁復合地基承載力計算方法進行總結,考慮土工格室與碎石樁復合地基兩者相互作用,并結合碎石樁的固結效應,探討了土工格室+碎石樁雙向增

3、強復合地基承載力計算方法。同時基于軸對稱空間問題的彈性理論,選取不同的樁土單元,推導出碎石樁復合地基樁土應力比計算公式,并在此基礎上考慮碎石樁三維軸對稱固結模式,基于樁體和土體的應力時效特征,推導考慮時效的復合地基樁土應力比計算公式,并通過算例驗證該解答的合理性。
　　其次,針對土工格室+碎石樁雙向增強復合地基變形特點,探討了其變形機理并總結了已有的沉降計算方法:在此基礎上,考慮碎石樁復合地基樁土剛度差異并不大,將其視為一復合土體

4、,土工格室加筋墊層則視為置于Winkler地基上的彈性地基梁(稱為土工格室梁),同時考慮土工格室加筋墊層與碎石樁復合地基之間的切向摩阻力,提出了土工格室+碎石樁雙向增強復合地基沉降計算模型,推導出土工格室+碎石樁雙向增強復合地基變形計算的控制方程,并結合微分算子級數(shù)法求得相應的解析解,由此導得了土工格室+碎石樁雙向增強復合地基沉降計算公式。算例分析表明該解析解是正確合理的,進一步的參數(shù)分析表明,復合土體的法向和切向彈簧剛度對土工格室+碎

5、石樁雙向增強復合地基的變形有較大影響,土工格室加筋墊層的力學參數(shù)如彈性模量等及幾何參數(shù)如高度等則影響較小。
　　再次,根據前述土工格室+碎石樁雙向增強復合地基沉降計算的彈性地基梁模型,引入分步計算法概念,首先考慮各種豎向荷載下土工格室梁的撓度計算,推導并匯總了工程中常見豎向荷載下土工格室梁的撓度解答,然后考慮土工格室梁的實際變形曲線特征,建立切向相對位移與撓度之間的關系式,并推導出相應土工格室梁的切向相對位移的解答,最后將地基反力

6、和切向摩阻力作為荷載作用于土工格室梁上,導出土工格室梁的最終變形并進一步導得土工格室+碎石樁雙向增強復合地基沉降計算公式。算例分析驗證了分步計算法計算結果與前述解析解的一致吻合性,表明分步計算法切實可行。
　　基于前述土工格室+碎石樁雙向增強復合地基沉降計算的彈性地基梁模型,從能量角度出發(fā),根據最小勢能原理,建立考慮切向摩阻力的土工格室梁撓度方程,并引入合適的位移函數(shù),導出考慮切向摩阻力作用時土工格室梁的撓度解答并進一步導得土工格

7、室+碎石樁雙向增強復合地基沉降計算公式。算例分析表明該解答計算結果與前述解析解一致,表明該能量法解答切實可行,亦進一步完善了土工格室+碎石樁雙向增強復合地基沉降計算的方法體系。
　　最后,根據相似理論,設計并完成了單純軟土地基、袋裝砂井地基、土工格室加筋復合地基、碎石樁復合地基、土工格柵+碎石樁復合地基和土工格室+碎石樁復合地基等六組室內模型試驗,并對試驗成果進行了分析,從靜載試驗、應力分布、樁土應力比和孔隙水壓力分布規(guī)律等方面探

8、討了袋裝砂井地基、碎石樁復合地基、土工格柵+碎石樁復合地基和土工格室+碎石樁復合地基等的承載變形機理以及排水固結特點,并利用模型試驗數(shù)據對前述沉降計算理論進行了驗證分析。結果表明,土工格室加筋墊層可有效擴散和均化上部荷載,減小地基的總沉降和不均勻沉降;碎石樁樁頂應力集中效應明顯,可有效加速地基排水固結;土工格室+碎石樁復合地基可有效提高地基承載力,降低樁土應力比,同時能夠加速軟基排水固結,減小地基沉降和不均勻沉降。此外,基于前述土工格室