土工格室+碎石桩双向增强复合地基沉降计算方法研究

As a new soft foundation treatment method, the composite foundation bidirectionally reinforced by geocell and gravel columns is favored for civil engineers for its better service behavior. However, the settlement calculation method of the composite foundation remains immature. The model tests of composite foundation bidirectionally reinforced by geocell and gravel columns are conducted in this study based on the current research. The load transfer mechanism ,consolidation and deformation characteristcs of the composite foudantion are deeply discussed. Then, the basic equations of gravel column, soil and reinforcement interaction are established with the different stress-strain models of gravel column, soil and reinforcement chosen. The equations are solved by the element-free method and the great elastic-plastic deformation of composite foundation is numerically simulated. Lastly, the deformation mechanism of composite foundation bidirectionally reinforced by geocell and gravel columns is analyzed and the settlement calculation model is presented. Based on the principle of minimum potential energy, the basic energy equations of gravel column, soil and reinforcement interaction are established and solved by an appropriate displacement function. Then a simplified settlement calculation method of composite foundation bidirectionally reinforced by geocell and gravel columns applied to practical engineering is obtained through the above studies.

土工格室+碎石桩双向增强复合地基作为一种新型的软基处治方法，因其良好的工作性能获得了工程界的青睐，但该处治方法的沉降计算方法尚欠成熟。本研究拟结合目前已有研究成果，进行土工格室+碎石桩双向增强复合地基室内模型试验，深入探讨其荷载传递机理、固结特性及变形机理；在此基础上，选用不同的桩、土和筋材材料本构关系，建立桩-土-筋材相互作用的控制方程，并引入无单元法进行求解，实现复合地基的弹塑性大变形数值模拟。最后，基于土工格室+碎石桩双向增强复合地基的变形机理分析，建立其沉降计算模型，并基于最小势能原理，建立桩-土-筋材体系的能量平衡方程，引入适宜的位移函数进行求解，从而提出一种可应用于实际工程的土工格室+碎石桩双向增强复合地基沉降计算方法。

随着我国经济的飞速发展，高速公路、铁路、机场和码头等工程建设开展如火如荼，穿越软土地基的工程也逐步增多。由于软土强度低、沉降大，往往给工程带来很大的危害，软基处理已成为影响工程建设质量和进度的关键因素。土工格室+碎石桩双向增强复合地基作为一种新型的软基处治方法，其良好的工作性能获得了工程界的青睐，但其沉降计算方法尚欠成熟。因此，本研究拟结合目前已有研究成果，进行土工格室+碎石桩双向增强复合地基室内模型试验，引入无单元法进行复合地基的弹塑性大变形数值模拟，建立土工格室+碎石桩双向增强复合地基沉降计算模型，以此得到此类复合地基沉降计算的可行方法。.项目通过室内模型试验、数值模拟及理论分析等手段，揭示了路堤荷载下土工格室+碎石桩双向增强复合地基的应力场和位移场分布规律，建立了复合地基沉降计算模型，提出了复合地基沉降计算的无单元法和能量法。在此基础上，引入分级加载思想，结合增量胡克定律及邓肯-张模型，提出了一种考虑土体结构性的软土地基非线性沉降计算方法；假设土体初始应力沿深度变化、附加应力随时间和深度变化，土体应力应变关系满足双曲线模型，提出了均布荷载下软土地基一维非线性固结计算的有限差分法；将水平加筋垫层视为弹性薄板，桩体及桩间土视为不同刚度的弹簧，基于双参数弹性地基模型，考虑加筋垫层的抗弯、拉作用及桩土变形协调，得到了双向增强复合地基桩土应力比及沉降计算公式；考虑桩体鼓胀与桩土界面滑移，引入“土柱模型”与环形大挠度薄板模型，基于分层总和法，提出了一种考虑路堤、格室、碎石桩以及桩间土共同作用的双向增强复合地基桩土应力比及沉降计算方法。.项目成果较好完善了对土工格室+碎石桩双向增强复合地基承载和变形机理的认识，为土工格室+碎石桩双向增强复合地基沉降计算提供了新的计算理论和思路，有力促进了地基处理设计理论的发展；项目部分成果应用于实际工程，起到了很好的工程咨询指导作用。