基于极限平衡理论的桩承式路堤土拱效应分析

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1、学校代号10532.学号S150100058分类号TU753密级公开硕士学位论文基于极限平衡理论的桩承式路堤土拱效应分析学位申请人姓名衡帅培养单位土木工程学院导师姓名及职称赵明华教授学科专业岩土工程研究方向复合地基论文提交日期2018年5月26日学校代号：10532学号：S150100058密级：公开湖南大学硕士学位论文基于极限平衡理论的桩承式路堤土拱效应分析学位申请人姓名：衡帅导师姓名及职称：赵明华教授培养单位：土木工程学院专业名称：岩土工程论文提交日期：2018年5月26日论文答辩日期：2018年5月29日答辩委员会主席：陈昌富教授NumericalsimulationAn

2、alysisofSoilArchingEffectofPiledEmbankmentBasedonLimitEquilibriumTheorybyHENGShuaiB.E.(HunanUniversity)2015AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringinCivilEngineeringintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorsProfessorZHAOMinghuaMay,2018硕士学位论

3、文学位论文原创性声明和学位论文版权使用授权书湖南大学学位论文.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。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含.任何其他个人.或集体已经发表.或撰写的.成果作品。对本文.的研究做.出重要贡献的.个人和集体，均已在.文中以明确.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：日期：年月日学位论文.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.国家有关部门或机构.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

4、权湖南大学可以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，可以采用影印、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______年解密后适用本授权书。2、不保密□√。(请在以上相应方框内打“√”)作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日I基于极限平衡理论的桩承式路堤土拱效应分析摘要桩承式路堤是一种在软土地区发展起来的新型路堤型式，其主要由路堤填料、桩帽与地基土构成。其受力性状比较复杂，一方面，在上部路堤荷载作用下，桩顶土体的沉降小于桩间土的沉降，从而引起二者的相对位移；另一方面，这种相对运动趋势受到土层间剪应力的限制，增加了作用在桩顶的压

5、力，降低了地基土上的压力，这种荷载传递机制称为“土拱效应”。现有理论计算方法在进行桩承式路堤土拱效应研究时往往忽略了桩土差异沉降对路堤土拱效应的影响，此外，有些方法虽然考虑了桩土差异沉降的作用，但通常假定土拱形状为标准圆弧或者合理拱轴线，但是并未考虑桩土差异沉降对土拱形状的潜在影响。本文基于前人研究成果，针对极限平衡状态下的桩承式路堤土拱效应进行了理论分析和数值模拟研究，主要工作如下：首先，考虑桩土差异沉降对路堤中土拱形状的影响，即桩土差异沉降通过改变土拱形状的变化影响路堤桩土应力比。其中，桩土差异沉降假定由两部分沉降组成，一是桩土刚度不同引起的差异沉降，再者是由土拱效应形成引

6、起的桩顶上部的土体回弹量，且拱顶回弹土体的竖向应变在拱厚区域内相等；在假定土拱内拱高不变的基础上，外拱曲线可描述为不定的四次多项式偶函数。其次，引入摩尔—库伦强度极限平衡条件，对极限平衡理论的桩承式路堤土拱效应进行整体分析，分别计算极限平衡状态发生在拱顶和拱脚的应力微分方程，结合土拱曲率半径的几何关系，推导出考虑了桩土差异沉降的桩土应力比及桩体荷载分担比的计算方法。最后，本文针对极限平衡理论下桩承式路堤土拱效应的三维应力问题，基于ABAQUS有限元软件平台建立路堤三维数值模型，通过应力云图和等值面图分析和探讨各项参数对土拱效应的影响，进而得出桩土差异沉降与桩土应力比的关系曲线，

7、并与本文理论计算方法及室内模型试验结果、工程实例进行了对比，验证本文研究的合理性。关键词：桩土差异沉降；土拱效应；桩承式路堤；桩土应力比；数值模拟II硕士学位论文AbstractPiled-supportedembankmentisanewtypeofembankmentdevelopedinthesoftsoilarea,mainlycomposedofembankmentfillings,pilecapsandfoundationsoil.Thestresstraitsaremoreco