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原文传递双向增强复合地基支承路堤稳定性分析和控制方法研究

论文题名：	双向增强复合地基支承路堤稳定性分析和控制方法研究
关键词：	路堤支撑;复合地基;土工格栅;连续破坏;性能化设计
摘要：	近年来，我国迎来了公路、铁路建设的高速发展期。作为公路、铁路建设的基础，我国大量的路堤工程建设于软弱土地基上，常给工程建设带来极大的安全隐患。复合地基由于兼备提高地基承载力和稳定性的优点，逐渐成为软土地基最常见的地基处理手段之一。双向增强复合地基是由竖向桩体复合地基与土工材料等水平加筋垫层组合而成的一种新型软土地基处理形式，其可充分发挥水平向加筋(板)体复合地基和竖向桩体复合地基的优势。目前该处治技术在公路、铁路路基加固等工程实践中应用广泛，取得了良好的加固效果。但其理论研究目前涉及较少，尤其是失稳机理与稳定设计计算理论研究尚有待进一步深入。现有的复合地基支承路堤的稳定分析方法大都假定滑动面通过范围内的桩体和水平加筋体同时发生破坏，然而基于该方法设计的双向增强复合地基支承路堤出现了多起滑坡事故，表明了现有的稳定分析方法存在不足。本文即围绕上述关键问题，采用离心机试验、数值模拟及解析解推导等方法分别着手于不同加固体类型失稳机理和控制措施开展了系统研究，主要工作和结论如下：　　（1）探究了柔性桩双向复合地基支承路堤的破坏机理和稳定性影响因素。通过上限解极限分析方法考虑路堤填筑高度、土层厚度与强度、置换率等多因素耦合影响，定量描述了桩体、土工格栅、地基土对路堤整体稳定性的贡献。揭示了柔性桩桩体发生剪切破坏，土工格栅存在拉裂失效和摩擦失效两种破坏模式。结果表明加固体破坏机理对其路堤稳定性贡献起控制性作用。基于复合地基破坏机理，提出了针对双向加固复合地基支承路堤稳定的整体安全系数和水平加筋体极限抗拉状态数学表达，发展了基于路堤最优性能发挥的加筋体强度设计方法。　　（2）分析了半刚性双向复合地基支承路堤的失效机理和稳定性影响因素。通过有限差分方法采用桩体失效退出机制的塑性损伤模型和描述土工格栅拉裂模型对桩体的抗拉软化和土工格栅拉裂失效特性进行了精细化模拟，揭示了路堤下不同位置桩体的失效机理和渐进破坏特性，厘清了桩体置换率对其破坏模式转变的影响。分析了桩、土工格栅和地基土的相互作用，厘清了土工格栅对桩体受力机理和土体变形的影响，明确了复杂荷载下复合地基群桩的受力状态，揭示了半刚性双向复合地基的联合失效机理，提出了基于加固体性能有效发挥的桩体置换率设计原理。　　（3）探究了刚性桩双向复合地基支承路堤的失效机理和稳定性影响因素。基于离心机试验和数值模拟等手段，揭示了刚性桩双向复合地基内部破坏（弯曲破坏）和外部破坏（倾覆破坏）的两种破坏模式，阐明了土工格栅刚度、层数和下卧层条件与破坏模式转化的耦合作用。明确了桩体，水平加筋体与土体三种介质相互作用下的渐进破坏演化过程。建立了破坏模式、渐进演化特性与路堤极限超载的内在关联，揭示了土工格栅增加渐进破坏过程中系统冗余度并延缓破坏过程的贡献机理，提出了基于路堤稳定性能最优贡献的土工格栅刚度设计方法。
作者：	于晓旋
专业：	土木工程
导师：	郑刚
授予学位：	博士
授予学位单位：	天津大学
学位年度：	2021