桩承式加筋路堤数值模拟与设计方法研究

摘要

桩承式加筋路堤由路堤填料、一层或多层水平加筋体、桩帽、桩和地基土组成，是近年来软土地区发展起来的一种新型路堤型式。本文以桩承式加筋路堤下刚性桩(桩端至持力层)加固软土地基为研究对象，以数值计算为主要手段结合理论计算和试验成果，对路堤荷载传递机理进行了深入的分析，提出了更为合理的等沉面高度和桩及桩帽的布置形式，针对桩承式加筋路堤的特性进行数值模拟研究，对设计参数尤其是筋材的工作特性重点分析，为实际设计提供参考。本文主要进行了以下几方面研究工作，并得到一些有价值的结论和成果： 1)将路堤填土、桩、桩帽与土工合成材料加筋垫层作为一个整体，建立模型，研究了桩承式加筋路堤荷载传递机理；当路堤填土高度较小时，不会出现土拱，随着高度的增加，主应力方向发生偏转，土拱才会形成； 2)建立数值计算模型，并利用工程实例对计算模型进行校验。通过改变数值模型的参数取值，考虑分层路堤填土、不同桩间距、不同的桩布置形式、不同的土工合成材料拉伸刚度和加筋材料布置等因素，研究桩承式加筋路堤荷载传递以及实际工况下三维桩承式加筋路堤的工作性状； 3)比较分析了各国规范计算方法、整体分析模型之间的差异。在数值模拟研究成果的基础上，结合解析计算的推导，提出了一套较完善的桩承式加筋路堤实用设计方法，并通过实际工程案例对设计方法进行了应用。

目录

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第1章绪论

1.1桩承式加筋路堤定义与特点

1.2桩承式加筋路堤工程应用现状

1.3桩承式加筋路堤研究现状

1.3.1“土拱效应”的研究现状

1.3.2水平加筋体受力分析的研究现状

1.3.3桩侧摩阻力的研究现状

1.3.4桩承式加筋路堤设计方法研究现状

1.3.5桩承式加筋路堤数值分析方法研究现状

1.4本文的任务

1.4.1研究目的与任务

1.4.2研究手段与预期成果

第2章三维快速拉格朗日法的原理与其适用性分析

2.1引言

2.2三维快速拉格朗日法的原理及FLAC 3D程序

2.2.1空间导数的有限差分近似

2.2.2节点运动方程

2.2.3增量形式的本构方程

2.2.4时间导数的有限差分近似

2.2.5阻尼力

2.2.6 FLAC 3D程序简介

2.3计算模型及基本理论

2.3.1土体的Mohr-Coulomb弹塑性模型

2.3.2土工格栅的数值模拟

2.3.3桩的数值模拟

2.4小结

第3章桩承式加筋路堤的构成及其特点

3.1刚性桩材料特性

3.1.1刚性桩的定义

3.1.2刚性桩加固软基的破坏模式

3.1.3路堤荷载下刚性桩整体工作模型

3.1.4 PHC管桩加固软土路基特性

3.2加筋垫层特性

3.2.1加筋垫层的定义

3.2.2加筋垫层分析模型

3.2.3加筋垫层工作特性分析

3.3小结

第4章土工合成材料的加筋作用

4.1常用土工格栅工程性质及试验研究

4.1.1常用土工格栅工程性质

4.1.2筋材力学特性试验研究

4.2桩承式加筋路堤中土工格栅作用机理试验研究

4.2.1试验方案

4.2.2试验结果分析

4.3桩承式加筋路堤中土工合成材料的加筋机理

4.3.1加筋土基本原理

4.3.2桩承式加筋路堤中筋材受力状态分析

4.4小结

第5章桩承式加筋路堤数值模拟与分析

5.1桩承式加筋路堤荷载传递研究

5.1.1数值分析模型的建立

5.1.2模型参数选取

5.2路堤荷载传递计算结果分析

5.2.1位移计算结果与分析

5.2.2应力计算结果与分析

5.3桩承式加筋路堤数值分析

5.3.1数值模型的建立

5.3.2数值模型的验证

5.4桩承式加筋路堤特性分析

5.4.1模型建立及参数选取

5.4.2数值计算结果分析

5.5小结

第6章桩承式加筋路堤设计方法研究

6.1桩承式加筋路堤现有设计方法对比分析

6.1.1引言

6.1.2现有设计方法对比

6.2桩承式加筋路堤荷载传递分析

6.2.1路堤荷载传递分析

6.2.2桩及桩间土的分析模型

6.3桩承式加筋路堤实用设计方法

6.3.1典型桩承式加筋路堤的设计状态

6.3.2基于设计状态的设计思路和内容

6.3.3各组成部分设计

6.4桩承式加筋路堤设计实例

6.4.1工程概况

6.4.2路堤荷载传递计算

6.4.3加筋垫层设计计算

6.4.4桩和桩帽布置设计计算

6.4.5沉降计算

6.4.6桩承式加筋路堤稳定性验算

6.5小结

第7章结论与展望

7.1结论

7.2展望

致谢

参考文献

个人简历 在学期间发表的学术论文与研究成果