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        樁- 網(wǎng)復(fù)合地基樁土應(yīng)力比影響因素分析

        2021-10-18 08:57:44梁文文冷玲倻周艷華
        科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新 2021年27期
        關(guān)鍵詞:變形影響模型

        梁文文 冷玲倻 周艷華

        (江西科技學(xué)院,江西 南昌 330098)

        1 概述

        樁網(wǎng)復(fù)合地基具有沉降變形小、變形穩(wěn)定時(shí)間短且造價(jià)相對(duì)較低等突出優(yōu)點(diǎn)[1-2],在國內(nèi)外公路路堤、鐵路路基、機(jī)場(chǎng)等深厚軟土地基處理中廣泛應(yīng)用[2-5]。樁網(wǎng)復(fù)合地基是由樁作為豎向加強(qiáng)體、土工格柵碎石墊層作為水平加強(qiáng)體,與路堤填土及樁間土相互作用的受力體系[2],其荷載傳遞機(jī)制十分復(fù)雜。在上部填土荷載的作用下,由于褥墊層的可變形特性,允許剛性樁體“上穿”產(chǎn)生樁土差異變形,使應(yīng)力重分配,從而充分發(fā)揮了樁、網(wǎng)、土的承載能力,有效控制沉降變形[1-2]。樁土應(yīng)力比指樁頂平面上樁頂和樁間土的土壓力比值,是承載力和沉降計(jì)算的重要參數(shù)[2,6],反映了樁- 網(wǎng)復(fù)合地基中樁土荷載的分配情況,也是評(píng)價(jià)加固效果的重要指標(biāo),具有十分重要的研究?jī)r(jià)值[1-2,6]。

        本文主要采用理論推導(dǎo)和數(shù)值模擬等相結(jié)合的方法,考慮拉膜效應(yīng)影響下對(duì)樁一網(wǎng)復(fù)合地基樁- 土應(yīng)力比的變化規(guī)律進(jìn)行研究。

        2 樁土應(yīng)力比分析

        樁土差異沉降產(chǎn)生后,褥墊層中的加筋材料開始發(fā)生形變,通過產(chǎn)生的拉力將樁間土承受的部分應(yīng)力傳遞到樁頂上來。為簡(jiǎn)化計(jì)算,假設(shè)加筋材料均勻變形,且變形后撓曲線為二次拋物線,建立平面應(yīng)變模型如圖1 所示。

        圖1 拉膜效應(yīng)分析模型

        建立如圖所示直角坐標(biāo)系,撓曲線過點(diǎn)M(B,ΔS)得撓曲線方程為:

        假設(shè)加筋材料均勻變形,筋材平均張拉力T 表示為

        3 數(shù)值模擬研究

        3.1 計(jì)算模型的建立

        模擬采用通用有限元軟件PLAXIS 進(jìn)行, 采用Mohr-Coulomb 模型對(duì)路堤填土、樁間土體以及下臥層上的土體進(jìn)行模擬;土工格柵采用PLAXIS 中的格柵單元模擬,且僅承受拉力,其拉伸剛度為1000kN/m;褥墊層材料也采用Mohr-Coulomb 模型來模擬;樁體假定為彈性模型;樁與格柵、墊層與土之間的接觸問題采用接觸單元(Interface Element)模擬。地基土是分層的,為了方便起見,將地基土簡(jiǎn)化為兩層計(jì)算。在模型底部和側(cè)面設(shè)置水平向約束和豎向固定約束。為了顯示初始地應(yīng)力的作用,在未加入填土荷載前,先考慮在自重作用下對(duì)地基土進(jìn)行計(jì)算,獲得初始地應(yīng)力。模擬時(shí)假設(shè)地下水的水位和地基表面齊平。數(shù)值模擬中各土層物理力學(xué)參數(shù)如表1 所示。

        表1 材料的基本力學(xué)參數(shù)

        在本模型中,設(shè)置路堤填筑高度為5.5m,預(yù)壓土高為3m,坡比為1:1.5,路基頂面寬度為16m,路基底寬為38.75m;模型寬70m,高47m;下臥層厚度為20m,加固區(qū)厚度為18m;樁長(zhǎng)18m,樁間距3.5m,樁頂設(shè)置50cm 厚的褥墊層,圖2。

        圖2 有限元計(jì)算模型

        3.2 樁土應(yīng)力比影響因素分析

        樁土應(yīng)力比是復(fù)合地基中的一個(gè)原始概念和計(jì)算參數(shù),并且展示復(fù)合地基的一個(gè)重要內(nèi)容:樁與周圍土體一起承擔(dān)來自上面?zhèn)鬟f的荷載。如果從設(shè)計(jì)方面來考慮,有關(guān)承載力和控制沉降的計(jì)算,樁土應(yīng)力比的選取和計(jì)算起著決定性作用。

        3.3 樁間距對(duì)樁土應(yīng)力比的影響

        圖3 為樁間距對(duì)樁土應(yīng)力比的影響,從圖中可以看出,樁間距對(duì)樁土應(yīng)力比影響較大,隨著樁間距的增大,樁土應(yīng)力比逐漸增加,加筋對(duì)樁土應(yīng)力比影響較小,表2。

        表2 樁間距對(duì)樁土應(yīng)力比的影響

        圖3 樁間距對(duì)樁土應(yīng)力比的影響

        3.4 筋帶拉伸剛樁土應(yīng)力比的影響

        圖4 為筋帶拉伸剛度對(duì)樁土應(yīng)力比的影響,從圖中可以看出,筋帶拉伸剛度可增大樁土應(yīng)力比,隨著筋帶拉伸剛度的增加,樁土差異沉降逐漸增大,但增大程度很小。

        圖4 筋帶拉伸剛度對(duì)樁土應(yīng)力比的影響

        4 結(jié)論

        4.1 本文通過理論分析得出了樁土應(yīng)力比的計(jì)算公式,同時(shí)分析各因素對(duì)樁土應(yīng)力比的影響。

        4.2 樁間距對(duì)樁土應(yīng)力比影響較大,樁間距增大50%,樁土應(yīng)力比增加了56%,加筋對(duì)樁土應(yīng)力比影響較小。

        表3 筋帶拉伸剛度對(duì)樁土應(yīng)力比的影響

        4.3 筋帶拉伸剛度可增大樁土應(yīng)力比,隨著筋帶拉伸剛度的增加,樁土應(yīng)力比逐漸增大,但增大程度很小。

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