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原文传递桩承土袋拱加筋路堤工作机理的宏细观研究

论文题名：	桩承土袋拱加筋路堤工作机理的宏细观研究
关键词：	桩承加筋路堤;土拱效应;工作机理;荷载传递;设计方法
摘要：	随着我国经济建设的快速发展，在深厚软土地基上修建高速公路越来越多，桩承加筋路堤作为软土路基处理的一种新型技术，其具有可快速填筑施工，施工工期短，能有效地控制地基的沉降和侧向变形等优点，在路堤下软土地基处理中具有广泛的应用前景。目前，土工合成材料加筋土工程中得到了广泛的应用，日本开始应用一种新型加筋材料，即采用加筋材料包裹土体——土袋来加固软土地基，与常规土工合成材料相比，其具有施工方便、造价低及环保节能等优点，土袋作为加筋材料引入桩承路堤工程的探索具有重要意义。　　本文结合桩承加筋路堤的土拱效应及加筋材料的拉膜效应，提出了桩承土袋拱加筋路堤方法。由于其作用机理很复杂，且对于土袋及土袋拱的力学性质、桩承路堤系统计算理论研究还很不够，严重影响其应用的科学性。因此，对桩承土袋拱路堤的工作机理进行深入研究，揭示路堤系统的的荷载传递特性和变形规律并总结出一套设计方法具有重要的理论和工程实践意义。　　基于上述背景，本文首先从土袋体在竖向荷载作用下的力学机理分析着手，研究土袋体力学性质，分别考虑矩形、半圆形及半椭圆形三种情况，建立土袋体受力模型，并求出了模型的解析解。研究表明：土袋体的强度增长主要是由于袋子材料的周长变形引起的；土袋体的拉应力和竖向压力均随土袋体的尺寸和填充材料摩擦角的增大而增大。最后，应用离散元方法验证了土袋模型的假设条件及其解析解的准确性。数值分析结果表明：土袋体在竖向压缩过程中，谢积基本保持不变，周长应变随压缩量的增大而增加；土袋竖向压缩过程大致分为初始侧向膨胀、中间竖向压密及袋子材料拉伸破坏三个阶段。　　其次，通过模型试验研究了桩承土袋拱加筋路堤的工作机理，分别研究了桩土应力、路堤沉降、土拱效应参数（桩土应力比和荷载分担比）的发展变化规律，对比分析了不同加筋形式桩承路堤的工作性状，并选取一组典型工况进行了长期试验。室内试验结果表明，土拱效应的发挥与填料高度、桩间距及土袋拱高度等因素有关；桩承路堤中存在土袋拱加筋，荷载传递效果较为明显，且桩土沉降较为协调；结合细观图像分析，土袋拱脚外侧细观参数变化剧烈，剪切作用较明显；路堤填筑完成后，软土地基固结对桩承土袋拱加筋路堤的土拱效应影响相对较小。　　然后，对室内模型试验进行模拟，主要分析不同土袋拱高度、填料高度及桩间距等工况下桩承路堤的工作机理，桩土应力和位移的渐进发展演化，并且对比分析了土袋拱加筋和无加筋体桩承路堤的工作性状。数值模拟发现，数值分析结果与室内试验结果虽量值有差别，但规律性一致；桩承土袋拱加筋路堤中土拱效应不仅取决于桩间距、填料高度及土袋拱高度，还与路堤内摩擦角和土袋连接强度密切相关。　　最后，桩承土袋拱加筋路堤作为一种较新型的软基处理方法，其作用机理复杂，工程应用较少，设计理论尚不清楚。根据前儿章的研究成果，提出了基于土袋拱加筋的设计方法，分别出了桩、桩帽、土袋拱及路堤填料的设计方法，以期为实际工程的设计服务。
作者：	亓宾
专业：	土木工程;岩土工程
导师：	周健
授予学位：	博士
授予学位单位：	同济大学
学位年度：	2009
正文语种：	中文