论文部分内容阅读
我国高速铁路流塑状软土地基处理时大量采用CFG桩、管桩以及钢筋混凝土灌注桩等桩体较强的刚性桩来解决地基承载力不足和路基工后沉降问题。然而在实际工程中还是出现了地基处理失效、填筑期间路基整体滑塌、开通运营后短期内铁路路基失稳和下沉等一系列工程问题。这主要是因为对流塑状软土具有极低的抗剪强度和高触变的工程特性认识不足,对桩土模量差异较大的桩土互作用机理认识不清,以及CFG桩体在流塑状软土地基中的抗剪贡献及破坏模式研究不够深入,在进行路堤稳定分析时仍然采用传统极限平衡法,高估了路堤稳定性,从而导致在实际工程中地基处理方法选择不当。为解决流塑状软土地基处理中存在的问题,本文首先通过有限元分析方法对单根桩在流塑状软土不同工况下的工作机理进行了数值分析,主要研究了不同桩土模量比、桩体与滑弧切线的不同夹角、不同抗剪强度指标条件下桩体的抗剪特性、破坏模式及桩土相互作用机理,本文将桩体对抗剪的贡献定义为“视抗剪强度”。结果表明:桩体自身刚度、桩土模量差异、土体抗剪强度以及桩与滑弧切线间夹角等是影响“视抗剪强度”的主要因素;随着桩土模量比及桩与滑弧切线间夹角的减小,桩体“视抗剪强度”逐渐增加;同时随着桩土模量差异逐渐增大,桩体可能发生的破坏模式依次为桩体抗剪切破坏、受拉(压)破坏、弯曲破坏、土体绕流破坏、桩体倾倒破坏和桩体整体侧移破坏,对应不同破坏模式下CFG桩具有不同的“视抗剪强度”。此外,桩体与滑弧切线间夹角反映了位于路基下不同桩体的位置特点,随着桩体与滑弧切线的夹角逐渐增加,桩体破坏形式由拉弯破坏、弯曲破坏逐渐过渡到压弯破坏及承压破坏。当桩土模量比大于2000:1时,流塑状软土地基不适合采用CFG等刚性桩来处理。在桩土互作用机理和桩体破坏模式研究基础上,本文提出了基于CFG桩“视抗剪强度”的Bishop圆弧滑动稳定检算方法,该方法采用极限平衡法并假定圆弧滑动面,沿滑动面上桩体和土体产生剪切破坏,桩体有效抗剪强度采用“视抗剪强度”,而不是单纯采用加固体与土形成的复合土层的抗剪强度。该方法既能反映刚性桩复合地基支承路堤的失稳破坏机理,又能合理评估其稳定性。通过与国内外刚性桩加固软土地基整体稳定性多种方法对比分析,结果表明基于“视抗剪强度”的安全稳定性系数更为合理。基于流塑状软土-桩相互作用机理研究和流塑状软土复合地基稳定性分析方法研究,本文提出了“排水固结+复合地基”相结合的新型流塑状软土地基处理方法,其中桩土模量比是关键因素,其值偏大不安全、偏小不经济,当桩土模量比大于2000:1时,采用排水固结的手段提高流塑状软土地基的抗剪强度,再进行CFG桩复合地基处理。本论文通过对流塑状软土的力学性能、CFG桩体的工程特性、流塑状软土与桩的相互作用机理的深入研究,揭示了流塑状软土复合地基的失效机理,提出了新的流塑状软土地基的稳定性检算方法,提出了高速铁路流塑状软土地基新型地基处理方法。