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原文传递水泥土搅拌桩桩土相互作用理论与应用研究

论文题名：	水泥土搅拌桩桩土相互作用理论与应用研究
关键词：	高速公路;水泥土搅拌桩;施工扰动;室内模型试验;有限元;桩间距;工后沉降
摘要：	本文在分析大量已建高速公路的勘察、设计、检测和沉降观测资料的基础上，采用理论分析、室内模型试验、数值模拟和现场试验的方法对水泥土搅拌桩桩土相互作用问题及其在桩间距确定中的应用进行深入研究，主要工作如下： (1)回顾总结了水泥土搅拌桩的发展历史和研究现状；对桩体施工效应问题进行归纳，并对比了水泥土搅拌桩与预制桩施工过程对桩周土作用的不同，分析水泥土搅拌桩加固地基在路堤荷载与刚性荷载作用下桩土作用的不同，指出了需要解决的问题。 (2)采用圆孔扩张理论求解水泥土搅拌桩施工过程桩土边界处受力引起的桩周土附加应力场，并采用扰动度评价体系定量分析了水泥土搅拌桩施工对桩周土的扰动。结果表明在施工荷载一定时，土体埋藏越深，土体扰动越小；离桩边距离越远，扰动越小。给出了土体固结屈服应力、十字板剪切强度、固结系数等参数随扰动度的变化关系，从而得到了水泥土搅拌桩施工后桩周土强度力学等参数的变化规律。 (3)设计研制了水泥土搅拌桩室内模型试验机，模拟现场水泥土搅拌桩施工对桩周土的扰动影响。利用室内模型试验机进行了不同喷粉压力的试验，结果表明水泥土搅拌桩施工过程对桩周土的物理性质几乎没有影响，但桩周土扰动程度随喷粉压力增大而增大，该结果与理论分析结果一致。 (4)采用有限元方法模拟分析了施工过程桩周土附加应力场的变化，并结合扰动度评价体系给出了不同荷载组合方式单桩和群桩施工时桩间土的平均扰动度的变化规律，对比了桩间距变化对三桩中心点和桩间土平均锥尖阻力比(施工后与施工前土体锥尖阻力的比值)的影响。结果表明对于连云港软土而言，桩间距小于1.3m时，桩间土扰动度迅速增加，桩间土强度急剧降低。因此从充分利用桩间土强度的角度出发，认为水泥土搅拌桩桩间距不宜小于1.3m。 (5)在连盐高速公路连云港段进行现场试验，试验结果表明水泥土搅拌桩施工会导致具有高位结构的连云港天然沉积土的结构破坏，引起桩周土强度的降低。桩周土的锥尖阻力比随离桩边的距离增大而增大，随深度的增加而增加。锥尖阻力比的变化规律与理论分析和数值模拟得到结果一致，验证了理论分析的合理性。 (6)提出了二维平面简化的有限元方法计算路堤荷载作用下水泥土搅拌桩地基变形的三维空间问题，并通过算例验证了该方法可靠性。在此基础上采用二维平面简化的有限元方法分析水泥土搅拌桩设计参数(桩身强度和桩间距)对地基变形影响。以连云港海相软土为例，分析结果表明水泥土搅拌桩在路堤荷载作用下，桩间距超过1.7m时，不能有效减小桩间土的变形；同时水泥土搅拌桩桩体强度在路堤荷载作用下，桩身强度不能完全发挥，其发挥程度与路堤高度和加固区厚度有关。 (7)在上述水泥土搅拌桩桩土相互作用分析的基础上，结合大量己建高速公路的地质、设计、检测和沉降资料，总结了工后沉降的变化规律，提出了等效似水灰比的概念，并建立了等效似水灰比与工后沉降关系式。根据该关系，已知土层含水量、液限、水泥用量和工后沉降控制标准即可便捷有效地确定搅拌桩的合理桩间距。
作者：	邓永锋
专业：	道路与铁道工程
导师：	刘松玉;洪振舜
授予学位：	博士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2005
正文语种：	中文