碎石桩复合地基桩土应力比的数值模拟
导读:
1、工程背景介绍
呼和浩特绕城高速所经路段属于阴山山脉段山前冲积平原和黄河支流大黑河流域冲积平原之上,地势较为平坦。在钻探揭示的深度范围内其地层为第四系冲洪积的砂土、砂性土、粉性土。在K32+850~K34+100段,根据钻探资料,勘探深度内的地层描述如下:第①层为粉质中液限粘土:黄褐色;稍湿~湿;可塑;该层厚1米,其容许承载力[σ0]为160KPa。第②层为粉砂层:黄褐色;饱和;松散状态,该层后3.4米,其容许承载力[σ0]为100KPa。第③层为粉土:黄褐色;饱和;中密状态,该层厚2.1米,其容许承载力[σ0]为180KPa。第④层粗砂、砾砂层:黄褐色;饱和;中密状态,本次勘察未穿透该层,其容许承载力[σ0]为260KPa。由以上地质情况可知第②层粉砂层承载力低变形大,不能满足路基承载力和沉降要求,故采用碎石桩进行了地基处理。
3、碎石桩载荷试验
本路段碎石桩设计桩长为5m,桩径为400mm,桩间距1500mm,面积置换m=6.4%。现场载荷试验分别采用了间接法和直接法,间接法桩和桩间土刚性承载板采用直径D=40cm和D=50cm,面积分别为0.1256㎡和0.19625㎡,直接法刚性承载板采用直径D=1.565m,面积为1.93495㎡。采用间接法实测结果,直接法确定复合地基承载力。
总结复合地基桩土应力比的实测结果,在K33+200断面用直接法做静载荷试验时,土压力盒的埋设:下面分别是在均布荷载为21KPa、50KPa、100KPa、150KPa、200KPa、250KPa、300KPa下土压力的变化情况。桩和桩间土在开始受力时,桩土应力比n最大,这说明初期荷载主要由桩来承担,随着荷载的不断增加,桩土应力比n逐渐在减小,最后趋于一个定值,桩间土承担的荷载越来越多,当趋于定值时,桩间土承载力达到完全发挥,而且桩土应力比有一个范围,它不是无限制的,既有上限也有下限,从本试验测得的结果来看,其桩土应力比n在4.54~1.74之间,在提供的承载力处,其桩土应力比n平均值为2.88。
4、数值模拟
4.1二维有限元计算模型。
本文土体塑性模型采用Drucker-Prager模型,属于摩擦型理想塑性模型,在考虑静水压力的广义Mises屈服准则或D-P屈服准则的基础下建立起来的,因此也称为广义Mises模型。在本工程中,碎石桩在软土路基中采用梅花型布置,计算采用四节点平面应变积分单元CPE4R,在水平向和竖直向上均采用变化的节点密度,对加固区的网格进行加密,而离加固区较远的网格的划分则较为稀疏。桩长为5m,水平方向上,根据体积等效原理,按照实际桩间距1.4m可计算得置换率6.4%,则所得到的桩墙的宽度为0.09m,即为桩体单元的宽度。主要模拟在载荷板下桩土共同工作的效果和桩土应力-应变关系情况,现只模拟一根桩的情况,载荷板所压的体积也按照体积等效的原则进行折算,在加固区以外,根据相关的文献资料,水平方向上,土体单元的宽度取4.5m,竖直方向上,土体单元的厚度取9m。
4.2数值计算结果。
为了和静载荷试验的结果进行对比,按照静载荷试验作用的荷载分级情况进行,分别为21、50、75、100、150、175、200、225、250、300、325、350KPa。
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