基于土拱效应的桩承式路堤承载特性及其变形计算方法研究

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1、学校代号10532学号S1301W1094分类号TU473密级公开工程硕士学位论文基于土拱效应的桩承式路堤承载特性及其变形计算方法研究学位申请人姓名吴家继培养单位土木工程学院导师姓名及职称赵明华教授李志勇教授级高工学科专业建筑与土木工程研究方向复合地基论文提交日期2015年5月20日学校代号：10532学号：S1301W1094密级：公开湖南大学工程硕士学位论文基于土拱效应的桩承式路堤承载特性及其变形计算方法研究学位申请人姓名：吴家继导师姓名及职称：赵明华教授李志勇教授级高工培养单位：土木工程学院专业名称：

2、岩土工程论文提交日期：2015年5月20日论文答辩日期：2015年5月25日答辩委员会主席：陈昌富教授Researchesonbearingmechanismanddeformationofthepile-supportedembankmentsbasedonsoilarcheffectbyWUJiajiB.E.(HunanUniversity)2013AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEn

3、gineeringinArchitectureandCilvilEngineeringintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorAssociateProfessorZHAOMinghuaProfessorSeniorEngineerLIZhiyongMay，2015湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加Ｗ标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写

4、的成果作品。对本文的研究做出重要寅献的个人和集体，均己在文中Ｗ明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。、作者签名ｆ＊秦離曰期；年曰疋皆１長备月Ｉｆ学位论文版权使用授权书、本学位论文作者完全了解学校有关保留使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行、检索，可采用影印缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于１、保密□，在

5、年解密后适用本授权书。２、不保密团＂＂请在＞上相应方框内打（＾＾Ｖ（）作者签名：１泰冰曰期：＞反年反月／今曰曰亂年月曰＞吃占１个Ｉ工程硕士学位论文摘要我国高速公路、铁路建设迅猛发展，建设过程中经常会遭遇大面积软土问题，而桩承式路堤作为一种有效适应于该类不良地基的构筑物形式得到普遍应用，同时也引起了学术界的广泛关注，然而桩承式路堤工作机理和应力应变特性非常复杂。在进行土拱效应分析时，主要研究以下几个关键问题：桩土应力比、桩土差异沉降以及基于土拱效应的桩承式路堤设计方法。已有研究

6、提出了不同的土拱模型及相应的计算方法，然而他们对土拱效应的研究主要集中不同的设计参数对其发挥程度的影响，忽略了桩土差异沉降对土拱效应的影响。曹卫平、刘汉龙等人分别通过室内模型试验以及数值模拟分析验证了桩土差异沉降与土拱效应发挥程度密切相关。但是，对于桩土应力比与桩土差异沉降的关系仍然缺乏具体的理论研究。针对这一状况，本文假定等沉面高度，从而判定土拱效应的完整程度。其次，将路堤-桩-桩间土作为整体分析，并基于桩承式路堤的变形协调，提出“桩体向上刺入路堤的体积等于土拱区体积的压缩量”的假设，结合路堤静力平衡和土

7、拱拱脚处土体的极限状态，推导出桩土应力比以及桩土差异沉降的计算公式。接着，对该方法所得结果进行了验证，并分析了桩土面积置换率、填土高度、填土内摩擦角对土拱效应发挥程度以及桩土应力比的影响。为了进一步验证理论的合理性，采用数值模拟软件ABAQUS建立二维分析模型，通过对模型结果的应力应变场分析得到等沉面的高度，即1.4倍桩帽净距，验证了等沉面高度的假设。然后，分别改变桩承式路堤设计参数，得到路堤高度、填土性质、桩间距对桩土应力比以及桩土差异沉降的影响。最后，将数值模型中应力应变场随时间变化的历程输出，可以得到

8、桩土差异沉降对土拱效应发挥程度的影响。最后，建立了一套基于土拱效应的桩承式路堤设计方法，通过调整桩间距及桩帽大小，使路堤达到相应的性能要求，希望对工程实践作出指导。关键词：桩土差异沉降；土拱效应；桩承式路堤；桩土应力比；等沉面高度II基于土拱效应的桩承式路堤承载及其变形计算方法研究AbstractWiththerapiddevelopmentofhighwayandrailwayconstructioninour