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原文传递软土地基中格栅式地下连续墙桥梁基础竖向承载性状研究

论文题名：	软土地基中格栅式地下连续墙桥梁基础竖向承载性状研究
关键词：	桥梁基础;格栅式地下连续墙;承载性能;软土地基;沉降计算
摘要：	在软土地基上修建高速铁路，其桥梁墩台须采取必要的加固措施，以满足线路对沉降的严格要求，而新型桥梁基础——格栅式地下连续墙（以下简称为:格栅式地连墙）为解决这一问题提供了新的技术方案。然而，与传统的桥梁桩基相比，目前格栅式地下连续墙基础的研究尚处于起步阶段，其在国内的应用更是鲜有报道。为分析格栅式地连墙桥梁基础的竖向承载性状，本文首先对采用相近材料用量的群桩、单室及两室格栅式地连墙开展了对比模型试验，并在研究接触面反演方法的基础上对试验的原型进行数值模拟验证;然后，开展了较大沉降量下单室、两室及四室墙的竖向载荷模型试验，研究了格室尺寸与数目对基础承载性能的影响;其次，利用数值模拟方法，分别对日本青森大桥主塔P9基础（六室墙）、格栅式地连墙的“格室效应”与“土拱效应”开展了较为详尽的研究;最后，提出了一种基于荷载传递法的格栅式地连墙基础沉降的计算方法，并利用MATLAB数学软件进行编程计算。通过以上工作，本文得出的主要成果有: 　　1.对采用相近材料用量的3种基础形式（群桩与单室、两室格栅式地连墙）进行了对比模型试验，以考察格栅式地下连续墙在高速铁路软土地基桥梁基础中的适用性。结果表明，相近基础方量情况下，单室与两室墙基础的沉降控制特性及承载力大小相近，但均优于群桩基础;相比群桩基础，单室与两室墙基础的极限承载力可分别提高至116.7％与120.4％;在软土地基中，当不能有效利用土体共同承担上部荷载时，采用地下连续墙基础替代群桩基础将会起到提高基础承载力，减少沉降，降低混凝土用量的作用。　　2.以中砂中受压、受拉单桩为基本算例，分别研究了桩侧与桩端处接触面参数的敏感性，提出了一种用于成层场地中结构物-土相互作用接触面的参数反演分析方法，并以具体的工程实例加以验证，取得了较为理想的结果。同时，利用该方法，进行了模型试验所依据工程原型的数值模拟工作，将数值计算中基础的承载机理与沉降特性与模型试验进行了对比验证。研究表明，数值计算的结果进一步佐证了模型试验的结论，亦即三种基础形式的Q-s曲线均为缓变型，相同荷载下，群桩的沉降量仍然大于单室和两室墙基础，单室墙与两室墙基础的沉降量几乎一致。　　3.进行了软土地区较大沉降量下格栅式地连墙竖向承载机理模型试验研究，对比考察了单室、两室及四室墙基础的竖向承载机理。结果表明，相比格室尺寸而言，格室数目对格栅式地下连续墙的竖向承载性能影响更为显著，在基础埋深与墙厚一定时，采用格室数较少的基础形式，相比于提高格室尺寸而言，将对削弱基础的“群墙效应”起到更好的作用。　　4.采用有限差分软件FLAC3D，对日本青森大桥主塔P9基础（六室墙）进行了数值模拟，研究发现内、外侧摩阻力受其自身几何形状的影响，呈现明显的空间差异分布规律;同时，还基于FLAC3D软件对基础格室数目所产生的“格室效应”进行了分析，结果表明格室数目的增加导致内部隔墙的增加，从而使得内摩阻力分担荷载的比例大幅度提高，在满足基础承载力要求的前提下，应尽量采用格室尺寸较小的且格室数目较少的格栅式地连墙基础形式。　　5.基于离散元颗粒流理论，采用PFC2D软件对格栅式地连墙土芯土拱的发展变化过程、土拱的拱形进行了研究，并对影响基础“土拱效应”的相关因素进行了分析。研究表明，格栅式地连墙土芯土拱的拱形基本呈半球型，其尺寸确定利用Hewlett和Randolph的方法是可行的;格室尺寸和墙身入土深度对基础的“土拱效应”均有较大的影响，过大和过小的格室尺寸或墙身入土深度对基础“土拱效应”的发挥均是不利的;基础的“土拱效应”随着颗粒的刚度、接触连接强度的增大而增强，且颗粒的刚度对土拱效应的影响更强。　　6.借鉴桩基沉降计算中常用的荷载传递法，在简化格栅式地连墙力学模型的基础上，提出了一种计算格栅式地连墙沉降的分析方法。其中，在计算内摩阻力分布时，提出了等效剪切刚度及等效剪切刚度比的概念，并在总结模型试验结论的基础上，拟合出了内摩阻力的计算公式，通过数值分析得到了很好的验证。在此基础上，利用MATLAB r2010b程序对所提出的迭代计算方法进行编程运算。最后以日本青森大桥六室墙基础为基本算例，对所提出的格栅式地连墙基础的沉降计算方法进行了验证，其计算结果与现场实测数据十分接近。
作者：	吴九江
专业：	地质工程
导师：	程谦恭
授予学位：	博士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文