陈佳--开题报告.doc

学号： 2130950021 研究生学位论文选题报告学位级别 工学硕士 研究生姓名 陈 佳 指导教师 徐宏武 学科（专业） 交通运输工程 研究方向 地基承载力 所在学院 土木建筑学院 重庆交通大学学位评定委员会办公室制 2014年 12月 - 9 -论文题目灰土桩复合地基在静载作用下的变形规律和机理研究研究方向地基承载力课题来源（打）国家部委省、自治区、直辖市国际合作市企业自选其它论文类型（打）理论研究应用研究开发研究试验研究跨学科研究其 它1.选题依据、国内外研究现状和发展动态：1.1选题依据黄土是第四纪的一种以粉砂为主，富含碳酸盐的特殊堆积物，具有大孔隙、无层理而垂直节理等特性。其沉积年代从早更新世一到全新世的近期，分布较广，覆盖着全球陆地面积的2.5%以上，其分布在我国及前苏联、罗马尼亚、保加利亚、新西兰、法国、德国、比利时、匈牙利和波兰等国的大部分地区，此外，美国中西部，南部非洲及澳大利亚均有连续或零星分布。我国黄土分布很广，主要分布在北纬3049，东经75127之间。分布在新疆伊犁、青海、陕西、甘肃、内蒙、西藏、宁夏等十一个省区。尤 其在陕、甘、晋地区大面积分布，在黄河中游地区有厚度黄土连续覆盖，其按照地质年代可划分为Q1、Q2、Q3、Q4。面积约占我国国土面积的6.6%，估计有，其中湿陷性黄土分布面积达。中国黄土分布面积约,其中湿陷性黄土因其湿陷变形量大、变形速率快、变形不均匀等特征，往往使建筑物因地基产生大幅度的沉降或不均匀沉降，从而造成建筑物开裂、倾斜，甚至破坏。为了保证建筑物的稳定性，通常需要花费大量的物力、财力对湿陷性黄土地基进行加固处理。随着我国对西部地区开发力度的加强，湿限性黄土地区工程建设速度近年来有了很大提高。因此如何有效地对湿陷性黄土地基进行处理，是黄土地区进行公路、铁路、水利等工程建设需要解决的重要课题，不仅具有重要的理论意义，同时还具有重要的工程实践意义。基于以上认识，在西北地区开展对湿陷性黄土土性研究及黄土湿陷性消除方法研究有重要的意义。灰土桩挤密法用于处理湿陷性黄土地基已在公路行业取得成效，但还尚未广泛应用。灰土及灰土挤密桩是西部地区处理湿陷黄土的一种有效的地基方法，这种方法简便、经济、有效，在青海地区使用不久，但取得了很好的经济效益。尽管灰土在我国使用已近千年，挤密桩的使用也有四十年，但对其的理论研究及作用机理却停滞不前，鲜见报端。在实际使用中，往往依靠经验进行设计和施工，这就产生了一些矛盾和不可解释的现象。1.2国内外研究现状与发展动态1.2.1国外研究现状与发展动态复合地基技术起源较早，早在两千多年前就有人用烧制的石灰与土体混合填充于建筑物地基的垫层当中。但桩土复合地基技术却起源于近代欧洲。1835年，法国人最早使用碎石桩。1936年德国S.Steuer man用振动水冲加密沙土地基后，碎石桩处理地基技术开始得到大量应用。1960年左右英国开始将振动法应用于加固粘性土地基。随后，德国、美国和日本也开始广泛应用。第二次世界大战以后，美国研制成功一种就地搅拌桩（MIP）。1963年，日本清水建设株式会社从美国引进这种施工方法，并加以改进开发出CSL法和MR-D法。20世纪60年代，日本和瑞典开始开发出深层搅拌法，专用于加深深层软土。另一类水泥土桩为粉体喷射桩。1937年瑞典工程师Kjeld Paus首先提出用石灰搅拌桩加固15m深度范围内的软土地基。1967年瑞典日本开始研制石灰搅拌施工机械。于1974年研制成功。随着散体材料桩与柔性桩的快速发展，刚性桩也以其自身的优点开始逐渐应用于地基处理中，二次大战后，无缝钢管桩开始用于地基处理中。二次大战后。无缝例管桩开始应用于基础工程。此后，混凝土桩、CFG桩、PPC桩、浆固碎石桩等也相继出现并在工程建设中得到了应用。除了上述常规桩型外，X型桩、Y型桩等异型桩也在部分工程中得到了应用。伴随着新型桩的不断涌现，施工工艺与机械制造水平也在不断进步。在施工工艺上以前沉桩采用手工木椎、石椎沉桩，现在采用自由落锤、蒸汽锤、柴油锤、压缩空气锤；在灌注桩工艺上由普通钻孔灌注桩发展出机械钻孔扩底灌注桩和多级扩盘桩；并将扩底桩技术与注浆技术引入灌注桩，发展出了夯扩桩与后压浆灌注桩。在机械工艺上，四轴深层搅拌机、海上深层灌注桩、水平旋喷机、螺旋钻机。循坏钻机、机动洛阳铲、旋转套管机等机械也不断面世并投入使用。1.2.2国内研究现状与发展动态灰土桩法是利用成孔时的侧向挤压作用，使桩间土得以挤密；随后将桩孔用灰土分层夯填密实，使得对土的侧和深层挤密加固。灰土桩属于人工复合地基，其上部荷载由桩体和桩间挤密土共同承担。灰土桩法具有原位处理、深层挤密和以土治土的特点，用于处理厚度较大的湿陷性黄土或填土地基时，可获得显著的技术经济效益，因此在我国西北和华北等地区已广泛应用。我国地域辽阔，工程地质复杂，改革开放后工程建设规模大，我国是发展中国家，建设资金短缺，这给复合地基理论和实践的发展提供了很好的机遇。复合地基挤密法最早是有前苏联教授于1934年首创至今已有70年历史。我国自50年代中期开始，在西北黄土地区曾多次进行过土桩挤密地基的试验研究和应用，但因当时设备条件所限而未能推广。60年代中期，西安地区为解决杂填土地基深层处理问题，在土桩挤密法的基础上试验成功了灰土挤密桩法，具有中国自己的特点，并自70年代起逐步推广应用。四十年来，甘、陕、晋、豫及华北等黄土地区都先后开展了土桩或灰土桩挤密的试验研究和推广应用，获得了丰厚的科研资料和实践经验。1985年陕西省率先编制了灰土桩和灰土桩挤密地基设计施工及验收规程（DBJ24-85），在省内颁布试行。1990年在河北承德，中国建筑学会地基基础专业委员会在黄熙龄院士主持下召开了我国第一次以复合地基为专题的学术讨论会。会上交流、总结了复合地基理论和实践方面的研究成果，提出了基于广义复合地基概念的复合地基定义和复合地基理论框架，总结了复合地基承载力和沉降计算思路和方法。1996年中国土木工程学会土力学及基础工程学会地基处理学术委员会在浙江大学召开了全国复合地基理论和实践学术讨论会，总结成绩，交流经验，共同探讨发展中的问题，促进了复合地基理论和实践水平的提高。近年来复合地基技术在我国房屋建筑、高等级公路、铁路、堆场、机场和堤坝等土木工程中得到广泛应用，复合地基在我国已成为一种常用的地基基础型式，已取得良好的社会效益和经济效益。虽然灰土桩挤密桩在我国应用已有40年历史，但对其作用机理还不十分清楚。近年来，国内众多学者对其研究多集中在灰土的性状、桩周挤密区的应力分析和桩土应力比上。主要参考文献：1 韩晓雷等.灰土挤密桩成孔过程中孔周土体的应力分析J西安建筑科技大学学报，1999年，三期：2562592 张希宏等.灰土挤密桩复合地基的湿陷性评价J电力勘测，2001年，Vo1.29，No.1:89943建筑地基基础设计规范M（GB 50007-2002）中国建筑工业出版社4复合地基技术规范M（GB/T 50783-2012）,中国计划出版社5建筑基桩检测技术规范M（JGJ106-2003）6 胡中雄.土力学与环境土力学M.上海：同济大学出版社，1997年7 郅彬.灰土强度因素研究及灰土挤密桩桩周土体应力有限元分析，西安建筑科技大学硕士论文，2002.68 陈莉等.灰土挤密桩在湿陷性黄土地集中的设计与应用D.兰州：兰州铁道学院，2000年，Vo1.19，No.69 徐芝纶.弹性力学（上册）M，北京：高等教育出版社，1995年10 水伟厚.黄土场地深基坑开挖变形性状研究D.西安：西安建筑科技大学，2001年11 何荣炳.灰土挤密桩复合地基有限元分析J.山西建筑，2006（05）12 贠麦平.灰土工程性状及灰土挤密桩承载机理研究D西安：西安建筑科技大学硕士学位论文，2004：TU472.3213龚晓南.广义复合地基理论及工程应用 J岩土工程学报，2007, 29(1)：323414董玉凯等.灰土挤密桩复合地基作用的单桩有限元分析R.北京：200815刘振界，焦金辉.挤密灰土桩或土桩对湿陷性黄土的地基处理施工技术研究J.科技信息，2010，（3）16刘振界，焦金辉.灰土挤密复合地基桩体极限承载力统一解J.广西大学学报（自然科学版）,2013, 38(1)17曹黎娟,赵均海,魏雪英.基于统一强度理论的灰土挤密桩应力分析J.岩土力学,2006,(10)18曾友金,章为民.用有限单元法分析超长单桩的荷载传递J.岩土力学,2002,(06) 19张爱军,谢定义.复合地基三维数值分析M.北京:科学出版社,2004.20黄绍铭,王迪民,裴捷. 减少沉降量桩基的设计与初步实践A.上海:同济大学出版社,1991.405410.21 顾尧章,周焕乔. 水泥搅拌桩承载力与临界桩长A.杭州:浙江大学出版社,1992.170173.22ZHAO Ji-dong,WANG Gang.Unloading and reverse yielding of a finite cavity in a bounded cohesive-frictional mediumJ.Computers and Geotechnics,2009.239245.23ZHAO Ji-dong. A unified theory for cavity expansion in cohesive-frictional micromorphic mediaJ.International Journal of Solids and Structures,2011.13701381.24 ROSENBERG Z,DEKEK E.A numerical study of the cavity expansion process and its application to long-rod penetration mechanicsJ.International Journal of Impact Engineering,2007.147154.25ROSENBERG Z,DEKEL E. Analytical solution of the spherical cavity expansion processJ.International Journal of Impact Engineering,2008.193198.26 Hassiotis S，Chameau J L，Gunaratne MDesign method for stabilization of slopes withPiles JJournal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering，1997，123(4)：31432227GONG Xiao-nan. Development and application to high-rise building of composite foundationA.200128Alamgir M,Miura N,Poorooshasb H B,Madhav M R. Deformation analysis of soft ground reinforced by columnar inclusionsJ.Computers and Geotechnics,1996,(04):267290.29Terzaghi K. Theoretical soil mechanicsM.New York:John Wiley and Sons,Inc,1943.6676.30GONG Xiao-nan,ZENG Kai-hua. On composite foundationA.Beijing,2002.2. 拟采用的实验手段，所需科研、实验条件和经费：（一）实验手段本课题拟定为理论和应用研究相结合的论文类型。本文实施的基本思路为：首先采用调研法，收集国内外相关信息资料，对现有的灰土桩复合地基理论以及应用情况进行梳理和研究、归纳总结。对灰土强度的影响因素作了一定的研究，并从微观机理入手，对灰土强度变化作了一定的理论解释。然后再针对灰土挤密的挤密原理，结合实际工程试验，选择合适的模型进行有限元建模分析，计算出桩基承载力，并和实际承载力进行对比，同时检验选择的模型是否合理。从而得到一些规律，计算与分析结果可供设计施工人员参考。（二）所需科研、实验条件和经费试验条件：需要做现场试验，现场试验条件由青海省川口至大河家公路各标段有灰土桩的施工单位提供。 经费预算：由重庆交通科研设计院有限公司提供。3.主要研究内容（包括研究方法、实施方案、研究中可能遇到的难点及解决方法、措施）：3.1主要研究内容1. 有限元模拟计算桩基竖向承载力，并和实际承载力的对比研究2.灰土桩复合地基承载力的影响因素研究3.灰土强度的影响因素研究4.灰土桩复合地基的变形规律研究3.2实施方案主要制定研究方案： 1、查阅相应的规范及手册。了解实际操作过程的适用条件和结果分析。 2、通过工程现场试验了解灰土桩复合地基承载力的检测方法。用慢速维荷法和快速维荷法进行对比研究。通过对检测结果的分析，总结检测方法的结果评判。3.3研究中可能遇到的难点及解决方法、措施3.3.1可能遇到的难点:1、静载荷试验法设备笨重,试验周期长,受场地条件限制,一个工程只能做少数几个点的测试,主要用于为设计提供资料,不能满足地基处理过程中对施工质量跟踪检测的要求,也不能对地基处理效果做出全面评价，而单桩复合地基静载荷试验结果的准确性与载荷板的形状和尺寸密切相关,当载荷板的形状与尺寸与实际复合地基单元块不符时,就相当于改变了桩的布置方式和置换率,试验结果就不具代表性，由于载荷板的大小和加载值的限制,静载荷试验影响的深度范围有限,地基的浅部情况对承载力影响较大。2、检测方法太多，但实际能接触到的方法很少。规范上要求检测过程要求严格，过程繁琐。而实际操作中因为各种原因并没有严格按照规范操作，可能会对结果产生一定的影响。3.3.2解决方法、措施：1、由于各种检测方法都有一定的适用范围,故必须根据检测目的、地基类型和现场条件,选择经济、有效、适当的检测方法。静载荷试验适用于各种类型地基,但是有些工地现场作业条件狭小,不满足试验条件,这时应选择合适方法。2.无论何种试验方法,都有一定的局限性,故应尽可能采用多种方法进行综合分析。静载荷试验比较直观、可靠,但是试验数量有限,对于工程地质条件复杂的工区,难以对整个地基处理效果和全面评价,需要辅以经济、快速的方法作为补充手段,例如附加质量法检测地基承载力具有简便、快速的特点,能够提供较大范围内的地基承载力值,对地基承载力能够做出具有较高代表性的评价。在检测方法中,静载荷试验是最基本的一种方法,也是检验其它方法是否准确的唯一方法。在所有动测方法中,必须依靠静载荷试验去建立动静关系,才能把动参数转换成地基承载力值;但是动测方法具有轻便、快速、不受场地条件限制等优点,故可作为静载荷试验的必要补充。把动静方法有机地结合起来,是地基承载力检测技术发展的趋势,也是工程建设发展的需要。3.多参与实际的检测项目，深入了解检测过程。结合各种论文文献总结其中相同的结论。在操作中尽量遵守规范要求，认真分析结果。4.预期目标（主要成果、理论意义及实际应用价值）主要成果：1、熟练掌握地基承载力的静载试验法2、得出复合地基承载力在静荷载作用下的变形规律和机理3、得出各要素对复合地基承载力的影响4、对复合地基理论有了进一步的完善和补充，可湿陷性黄土复合地基设计施工人员提供参考理论与实际应用价值：目前，在公路桥涵地基承载力的检测与评定过程中，存在不少问题主要表现在依据不统一，检测设备混淆，检测结果过于简单，造成检测数据失真;不分适用条件，机械地套用检测方法，特别是对于重要工程或地质条件复杂时，没有进行必要的室内外试验，简单得出地基容许承载力，使构造物地基承载力无法评定针对目前地基承载力检测的现状，有必要详细讨论地基承载力的检测方法以及如何正确运用，本文查阅了目前公路桥涵建筑地基岩土勘察以及铁路等方面设计施工规范中相关内容，通过分析比较，并结合公路工程实践，提出了相应的地基承载力检测方法，可作为桥涵地基检测的依据。论文工作量及工作进度计划：（一）论文工作量根据重庆交通大学硕士研究生学位论文格式规范标准以及指导老师等具体要求，确定本次论文的工作量。（二）工作进度计划2014年11月至2014年12月广泛查阅相关文献资料，进行整理分析，并完成论文开题2015年1月至2015年4月进行深层次的调研与资料收集。2015年5月至2016年1月论文写作阶段；2016年2月至2016年3月论文修改；2016年4月至2016年5月论文提交、审核、答辩。审查意见（审查小组成员应不少于3人）：开题报告时间： 年 月 日参 加 人 数 : 教 师 人。审 查 结 果 ： 同 意 不 同 意审查小组组长（签名）： 年 月 日指导教师对开题报告的综合意见：指导教师（签名）： 年 月 日