悬浮筋箍碎石桩复合地基承载变形机理的三维耦合数值分析研究

作     者：夏铨 

作者单位：广州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：顾美湘

授予年度：2022年

学科分类：081401[工学-岩土工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：悬浮筋箍碎石桩 离散元 有限差分法 承载变形机理 耦合数值分析 

摘      要：筋箍碎石桩复合地基是一种绿色低碳的软土地基处治技术,广泛应用于软土地基加固,特别适用于超软弱土地基。目前,针对筋箍碎石桩复合地基的研究大多集中在桩端持力层具有较高强度和承载力的工况。我国粤港澳大湾区、长江三角洲等沿海经济发达地区软土层厚度大、埋藏深,筋箍碎石桩难以贯穿全部软土层,桩端不能进入坚硬土层。此时,筋箍碎石桩处于悬浮状态,桩端持力层提供的桩端阻力较小,其承载变形机理发生了显著变化。为此,本文依托国家自然科学基金项目“筋箍碎石桩复合地基动力承载变形机理及其分析方法研究（51908150）和广东省教育厅青年创新人才类项目“珠江三角洲深厚软土地区筋箍碎石桩复合地基的承载变形机理研究（2018KQNCX200）,在前期室内模型试验研究的基础上,采用离散元和有限差分法耦合的数值分析方法,建立悬浮筋箍碎石桩复合地基的三维数值模型,深入探讨深厚软土地区悬浮筋箍碎石桩复合地基的承载变形机理及其影响因素。本文研究内容主要包括以下几个方面:（1）悬浮筋箍碎石桩复合地基中的碎石和土工格栅由离散元颗粒模拟,桩周软土由有限差分网格模拟。建立土工格栅的离散元数值拉伸试验和悬臂试验,并与室内试验测试结果对比分析,标定土工格栅的弯曲刚度、拉伸刚度,确定土工格栅的离散元模拟细观参数;建立碎石的离散元数值三轴试验,标定碎石的内摩擦角,确定碎石的离散元模拟细观参数;建立软土的有限差分数值三轴试验,标定软土的弹性模量和极限承载力,确定软土的有限差分数值模拟参数。（2）基于离散元与有限差分法的耦合计算逻辑,建立悬浮筋箍碎石桩复合地基的三维离散元和有限差分法耦合数值计算模型,并与室内模型试验结果对比分析,验证本文耦合数值模型的合理性和可靠性。在此基础上,深入探讨碎石的受力变形特性（碎石的应力分布、桩体鼓胀变形等）、桩周软土的应力变化情况（软土的竖向应力、径向应力等）和土工格栅的受力变形情况。（3）针对影响悬浮筋箍碎石桩复合地基承载变形特性的四个重要参数,即持力层情况、碎石粒径、加筋深度、桩体直径和筋材拉伸刚度等,展开参数分析。建立不同参数组合下悬浮筋箍碎石桩复合地基的数值分析模型,深入研究不同因素对悬浮筋箍碎石桩复合地基承载变形特性的影响。