土工格栅加筋砂垫层下卧软土地基承载性能影响分析

摘要

软土是指具有含水量高、孔隙比大、压缩性高、透水性差的软弱土层。由于软弱土层的强度较低，工程地质条件较差，在软土地基上修建工业建筑或民用建筑等城市项目时，极易产生地基失稳或过量沉降等工程问题。如何在软土地基上保证建筑物的稳定性，一直都是一个极为重要的课题，因为关系到整个工程的成败。软土地基处理的方式有很多，近些年来最常用的做法是在软土地基表面铺一层砂垫层，这是一种简单快速又经济的做法。但随着城市项目的建设越来越多，砂源逐渐稀缺，若能在缺少砂源的情况下采用土工格栅完成对软土地基的加固施工，这必将在一定程度上降低工程成本。 本文以软土地基为研究背景，以土工格栅加筋砂垫层处理软土地基为研究内容，通过FLAC3D有限差分软件模拟分析了不同加筋参数下砂垫层对下卧软土地基的工作性状影响，从而为土工格栅加筋砂垫层的设计及工程应用提供了有价值的参考。 本文首先通过有限差分软件FLAC3D建立了加筋砂土地基静载数值模型，并与已有室内模型试验结果进行对比，以验证本模型各项参数选取的合理性。其次通过优化选择有无加筋、垫层厚度、加筋材料、加筋层数、首层加筋间距及筋材布置位置等因素，进行了不同加筋参数下砂垫层对下卧软土地基的数值模拟，通过分析荷载-沉降曲线、承载比BCR及加筋垫层、土工格栅的竖向应力、位移云图，得出加筋垫层软土地基承载特性的演变规律。最后分析了单层加筋方式下的砂垫层对不同刚度软弱土地基的承载性能影响。研究结果表明： （1）在软土地基上加一定厚度的砂垫层，能够有效提高地基的承载能力，减小地基的压缩变形，合理的垫层厚度能有效降低软土地基的沉降。在相同荷载条件下，加筋砂垫层的变形模量要比素垫层的变形模量大，并且较薄厚度的垫层在加筋后变形模量会有较大提升。 （2）土工格栅的加筋效果仅在荷载达到一定值后才开始发挥作用，并且随着荷载的增大，加筋效果更加明显。在同等条件下，三向土工格栅的加筋效果比双向土工格栅的加筋效果更好。 （3）在有效加筋深度范围内，改变土工格栅的加筋层数及布置位置，对加筋砂土垫层的承载能力有较大影响。随着铺设格栅层数的增加，加筋垫层的应力集中区域及沉降量的范围都有所减小。 （4）加筋砂土垫层的变形模量随着垫层厚度的减小、土工格栅层数的增加及筋材布置位置的上移而增大。 （5）在相同荷载作用下，软弱下卧层的刚度越小，相应地基承载力也越低。软弱下卧层刚度越大，分别加入一层双向土工格栅和一层三向土工格栅的砂土垫层，最终沉降相差不大。在现实应用中，要综合考虑经济效益与承载能力问题，进行合理选用。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 软土的力学性能及处理

1.2.1 软土的力学性能

1.2.2 软土的处理措施

1.3 加筋材料与加筋土技术

1.3.1 加筋材料的类型及工程特性

1.3.2 加筋土的概念及发展历程

1.4 加筋垫层处理软土国内外研究现状

1.4.1 理论研究

1.4.2 试验研究

1.5 本文研究的主要内容及方法

第二章 加筋垫层地基承载力分析计算

2.1 加筋垫层的概念

2.2 无筋地基极限承载力计算

2.2.1 赖斯纳（Ressiner）极限承载力公式

2.2.2 太沙基（Terzaghi）极限承载力公式

2.2.3 魏锡克(Vesic)极限承载力公式

2.3 加筋垫层地基极限承载力计算

2.3.1 特征值法

2.3.2 改进的太沙基公式法

2.4 本章小结

第三章 土工格栅加筋砂垫层下卧软土地基数值模型建立

3.1 引言

3.2 FLAC 3D的求解流程

3.3 加筋垫层力学性能数值模拟

3.3.1 基本假定

3.3.2 模型计算参数

3.3.3 荷载条件及加载方式

3.3.4 模型尺寸及边界条件

3.3.5 模型建立

3.3.6 数值分析模型验证

3.4 本章小结

第四章 土工格栅加筋砂垫层下卧软土地基计算结果分析

4.1 引言

4.2 不同加筋参数砂垫层下卧软土地基影响分析方案设计

4.3 加筋参数对砂垫层下卧软土地基影响的数值结果分析

4.3.1 垫层厚度对软土地基承载力的影响

4.3.2 垫层中加筋类型对地基承载力的影响

4.3.3 垫层中筋材铺设位置对地基承载力的影响

4.3.4 垫层中加筋层数对地基承载力的影响

4.3.5 200kPa时各工况位移云图

4.4 加筋软土地基承载性能BCR分析

4.4.1 垫层中加筋层数BCR对地基承载力的影响

4.4.2 垫层中首层加筋间距BCR对地基承载力的影响

4.4.3 垫层中加筋间距BCR对地基承载力的影响

4.5 砂土垫层竖向应力场及位移场分析

4.5.1 砂土垫层竖向应力场分析

4.5.2 砂土垫层竖向位移场分析

4.6 土工格栅竖向应力场及位移分析

4.6.1 土工格栅竖向应力场分析

4.6.2 土工格栅竖向位移场分析

4.7 加筋垫层对不同刚度下卧软弱土地基影响的数值结果分析

4.7.1 不同刚度软弱土地基条件下同一工况分析

4.7.2 同一刚度软弱土地基条件下不同工况分析

4.8 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢