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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

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

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作者：夏铨广州大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。

关键词：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

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悬浮筋箍碎石桩复合地基承载变形机理研究

悬浮筋箍碎石桩复合地基承载变形机理研究

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作者：莫海钊广州大学

学位级别：硕士

筋箍碎石桩复合地基处治技术是在传统碎石桩复合地基的基础上,采用土工合成材料环向围箍碎石桩体,从而提高桩体刚度和强度,有效减少软土地基沉降量。该技术充分利用了土工合成材料拉伸强度高的特点,保留了传统碎石桩复合地基诸多优点,... 详细信息

筋箍碎石桩复合地基处治技术是在传统碎石桩复合地基的基础上,采用土工合成材料环向围箍碎石桩体,从而提高桩体刚度和强度,有效减少软土地基沉降量。该技术充分利用了土工合成材料拉伸强度高的特点,保留了传统碎石桩复合地基诸多优点,在国内外地基处理,尤其是极软弱土地基处理中得到了重要应用。目前,已有研究主要针对软土埋藏浅、厚度薄和桩端持力层较好等工况。然而,在我国粤港澳大湾区和沿海沿江等深厚软土地区,筋箍碎石桩难以穿越深厚软土、进入较好持力层而处于悬浮状态,从而对其承载变形机理产生显著影响。此外,采用全长加筋、端承型筋箍碎石桩复合地基处治技术,当桩长超过碎石桩有效桩长后,处治效果得不到进一步改善,不仅造成资源浪费,且对施工设备和技术提出更高要求。为此,本文基于已有筋箍碎石桩复合地基研究成果,针对深厚软土地基处理中采用的悬浮筋箍碎石桩复合地基处治技术,通过室内模型试验和数值分析两大手段,对悬浮筋箍碎石桩复合地基的承载变形机理进行了深入系统的研究。首先,通过筋箍碎石桩的无侧限压缩试验,深入探讨了桩身直径对筋箍碎石桩承载变形特性的影响。设计并完成了11组具有可比性的室内模型试验,研究探讨了桩身长度对悬浮碎石桩复合地基单桩承载变形特性的影响,提出了悬浮碎石桩的临界桩长。同时研究探讨了加筋深度对悬浮筋箍碎石桩和端承筋箍碎石桩复合地基单桩承载变形特性的影响,重点分析了桩体加筋段的鼓胀变形和土工格栅套筒的受力变形特性。此外,还研究探讨了桩体在竖向荷载作用下的荷载传递规律。其次,采用三维有限差分程序FLAC3D建立了悬浮筋箍碎石桩复合地基室内模型试验的数值分析模型,在对试验材料（软土、碎石、土工格栅）和桩体力学特性进行数值标定的基础上,研究探讨了桩长对悬浮碎石桩复合地基单桩承载变形特性的影响,提出了悬浮碎石桩的临界桩长,重点分析了悬浮碎石桩和悬浮筋箍碎石桩复合地基的桩体鼓胀变形、桩体破坏模式以及桩体在竖向荷载作用下的荷载传递规律。最后,利用上述建立的数值模型进行参数分析,研究探讨了加筋深度、桩身长度、包裹材料刚度以及桩体内摩擦角对悬浮筋箍碎石桩复合地基单桩承载变形特性的影响,并提出了最佳加筋深度、最佳桩身长度、最佳包裹材料刚度以及桩体内摩擦角的改变对桩体承载力的影响程度。

关键词：复合地基筋箍碎石桩悬浮筋箍碎石桩模型试验数值分析

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