路堤荷載下釘形樁土拱效應(yīng)的理論與特性研究.pdf

1、在釘形水泥土雙向攪拌樁處理深厚軟土地基的工程中，由于樁和樁間土受荷、模量等不同出現(xiàn)樁土變形不協(xié)調(diào)，于是在路堤填土中形成了大主應(yīng)力拱狀的壓密殼體，并通過此大主應(yīng)力土拱將大部分路堤荷載傳遞到樁頂；樁間地基土的主應(yīng)力軸發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，形成正向或反向的懸鏈線形小主應(yīng)力土拱，在樁土之間起到相互傳遞荷載、協(xié)調(diào)樁土差異沉降的作用。土拱效應(yīng)的發(fā)揮程度與樁土性質(zhì)、填土高度、釘形樁設(shè)計(jì)參數(shù)等有關(guān)，而工程設(shè)計(jì)中關(guān)心的是樁間距和擴(kuò)大頭參數(shù)的選擇問題，因此本文在現(xiàn)場(chǎng)

2、試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過理論解析和數(shù)值模擬方法對(duì)釘形樁的土拱效應(yīng)進(jìn)行了研究分析。本文的主要工作內(nèi)容及研究成果如下： (1)在樁承式路堤中土拱效應(yīng)形成機(jī)理及特性的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)得出了承受沿水平方向均勻分布的豎向荷載、均勻指向拱心的壓力和拱上填土荷載表面為一水平面三種受力情況的合理拱軸線方程；通過對(duì)最有可能發(fā)生破壞的拱頂和拱腳兩個(gè)截面進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算得出了樁間距的控制方程。 (2)在路堤荷載作用下，基于釘形水泥土攪拌樁梅花形布置情況下的

3、單樁等效處理范圍內(nèi)土體的受力平衡，改進(jìn)傳統(tǒng)的HEWLETT極限狀態(tài)空間土拱效應(yīng)分析方法，并考慮了路堤填土粘聚力，得出了樁土應(yīng)力、樁體荷載承擔(dān)比等解析表達(dá)式；研究了樁間距、擴(kuò)大頭參數(shù)和填土內(nèi)摩擦角對(duì)土拱效應(yīng)的影響；提出土拱效應(yīng)系數(shù)ρ來反映樁體面積置換率等參數(shù)變化時(shí)土拱效應(yīng)的發(fā)揮程度。解析結(jié)果得出，隨釘形樁樁間距、擴(kuò)大頭直徑、填土高度、內(nèi)摩擦角和粘聚力的增大，土拱效應(yīng)系數(shù)先增大后減小，表明以上設(shè)計(jì)參數(shù)并非越大越好，而是有一個(gè)最優(yōu)值。

4、 (3)釘形樁復(fù)合路基中存在的土拱為小應(yīng)力跡線連線土拱，分正向和反向兩種形式，樁土摩擦力和粘聚力為土拱拱腳提供了支撐；推導(dǎo)得出的小主應(yīng)力土拱流線為懸鏈線，并隨著樁土界面處大主應(yīng)力與水平面夾角而變化；通過分析小主應(yīng)力土拱流線和主應(yīng)力方向偏轉(zhuǎn)特性得出擴(kuò)大頭深度范圍內(nèi)土拱效應(yīng)的發(fā)揮程度比下部樁體明顯；研究還得出小主應(yīng)力土拱的發(fā)揮可以有效提高樁身強(qiáng)度和水泥土變形模量。 (4)采用三維快速拉格朗日差分法進(jìn)行了釘形樁路堤中土拱效應(yīng)的三維數(shù)值

5、模擬，通過土拱效應(yīng)系數(shù)ρ研究了釘形樁樁間距、擴(kuò)大頭直徑、擴(kuò)大頭高度、填土高度、樁土模量、填土材料參數(shù)等對(duì)土拱效應(yīng)發(fā)揮程度的影響；同時(shí)研究了樁土差異沉降和樁數(shù)與土拱效應(yīng)發(fā)揮程度的相互關(guān)系。 (5)通過三維數(shù)值模擬對(duì)小主應(yīng)力土拱沿樁身的變化規(guī)律，小主應(yīng)力土拱和位移等值線的特性及其相互關(guān)系，填土高度對(duì)小主應(yīng)力土拱的影響等進(jìn)行了研究；最后還對(duì)小主應(yīng)力土拱與樁側(cè)摩阻力之間的關(guān)系進(jìn)行了分析。 (6)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)土壓力的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了分析，