路堤土拱效应发展过程与设计应用分析研究开题报告

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1. 研究目的与意义

随着我国经济和科技的发展，对于土地的使用需求越来越大，这就不可避免的要求发展对软弱地基的使用和研究，软土地基处理技术一直是困扰工程建设的重大技术难题，直接影响工程建设的质量、投资及工期。近年来公路软土地基处理方法也越来越多，桩网复合地基通过水平向加筋和竖直向的桩，成为加固软弱地基的良好方法。桩网复合地基加固法能很好地提高地基土体承载力，减小不均匀沉降而且具有完成快、工后沉降较易于控制、稳定性高、不需预压期、工期短、施工方便等优点，已广泛运用于铁路、公路等软土地基加固工程中。但是对于桩网复合地基带来的路堤差异沉降和土拱效应的研究，以及桩土应力比与荷载的传递规律，目前仍处于研究之中，国内外学者对于相关的课题研究也在不断发展，所以，了解

作为对大学四年所学知识的一个总结，毕业设计让学生全面融合所学理论知识和专业技能，加深对所学的基本理论知识的理解，并运用到实际生活中。对于培养我们的分析和处理问题的能力以及专业设计创新精神具有很大的帮助，具体的帮助是，能够让我了解到桩网复合地基的加固地基的加固机理，了解土拱效应的存在机理，学会计算在不同的影响因素下的桩土应力比的计算方式。除了培养我们的专业素养外，毕业设计也培养了我们土木工程专业学生实事求是的工作作风和严肃认真的科学态度。在毕业设计导师的指导下，要求我们学会独立系统地完成一项工程设计，解决一系列相关的各种问题对于相关设计规范、手册、标准图以及工程实践中常用的方法也要求能够熟悉地掌握。因此毕业设计对培养学生的能力具有重要意义，尤其是培养学生初步的科学研究能力，提高我们作为学生运用所学知识分析问题和解决问题的能力。

2. 国内外研究现状分析

国内外桩网复合地基加固地基的研究背现状主要集中于：理论分析，现场试验和数值模拟，其中理论分析较另外两者较落后。基于土拱效应的桩网复合地基的研究在不断发展，但是其中关键的桩土应力比的计算方法并没有确定的方法，对桩土应力比的计算，各个学者提出了自己的土拱效应模型。

19世纪末，英国科学家Roberts，发现了粮仓效应，这就是土拱效应，土拱效应是研究桩网复合地基的基础，20世纪中期，Terzaghi首次提出了由活动门试验推导出了土拱应力计算公式，给出了等沉面的概念，随后，世界各国研究学者在他的基础上不断发展土拱效应的桩土应力比的理论。80年代，欧美国家纷纷提出了自己的桩承式路堤模型，如Hewlett Randolph的半球形模型、Low的半圆形模型等。英国率先写出了桩网复合地基规范，建立了相关的设计方法，即BS8006。但是这些研究都没有考虑桩间土的荷载承担作用，假设过于保守。因而一些学者对此进行了修正，如陈云敏对Hewlett Randolph的土拱效应分析研究进行修改，研究了桩距、桩帽、路堤高度以及内摩擦角等因素的影响。国内的研究，除陈云敏外，强小俊考虑上覆填土的物理力学特性和水平加筋体拉膜效应的影响对Hewlett Randolph的模型进行了改进，并进行了验证；饶为国研究了桩网土协同作用的桩土应力比计算公式；陈仁朋等建立了应力应变平衡公式，推到了土拱效应、桩土应力比、地基沉降和桩土沉降等结果；曹卫平根据现场试验，提出了考虑路堤填筑过程中土拱效应计算模型；李国维通过现场试验研究路堤下粉喷桩的桩土应力比，发现柔性桩下的桩土应力比比刚性桩的桩土应力比大；吕伟华等人在基于不完全土拱效应的土工格栅加固机制与设计方法的研究中，设计了以水袋泄水模拟路堤底部产生差异沉降的大型模型试验，考虑了差异沉降和膜效应。对土拱效应的研究，前人大多忽视了土的作用，缺乏对桩网协同整体发挥作用时的桩土应力比的计算考虑。

3. 研究的基本内容与计划

本次毕业设计主要的研究内容：

制定数值计算模型工况方案：重点研究上覆路堤荷载向下传递到桩端时，桩端应力向下传递受桩与地基土的几何、材料参数等改变时关键性指标如桩土应力比、桩身轴力、桩土差异沉降等的变化规律。考察如桩长、桩径、桩间距及桩土模量比等条件改变时，桩土应力分布与大小变化规律。

数据的采集与处理：即有模型和计算方法进行有效性验证，提取计算模型中有效的分布应力值，在不同的计算工况变化时，将不同工况反应预设条件的情形进行数值对比，得到的处理结果反应参数敏感性对桩土应力影响的一般规律。对异常数据结果进行简单的处理与分析判断。

4. 研究创新点

特色：重点研究桩网复合地基在上覆路堤荷载的作用下，桩土应力比、桩身轴力、桩土沉降以及桩土相对位移。通过改变影响土拱效应或桩土应力比的因素的值，观察桩网复合地基加固机理和荷载传递方式，了解土拱效应与桩土应力比、桩土相对位移之间的关系。综合了解个各个因素的影响情况，了解土拱效应的形态和变化情况。

创新：比较前人设计的土拱效应模型，通过有限元软件PLAXIS软件，建立土拱效应模型，运用数值模拟的方法，模拟在影响因素如：桩长、桩径、桩帽大小、桩间距和路堤填料性质或高度等单个因素因素改变时，桩土应力比的变化以及桩土相对沉降差。