（道路与铁道工程专业论文）加筋垫层减小软基沉降的现场试验及分析.pdf

嚣南交通穴学硕士研究生攀位论文第l 页 摘要 l 软土具有低强度、高压缩往、低渗透性等特点，在软主她区兴建铁路、 公路时，由予路堤建成后沉降延续时间长，总沉降擞和不均匀沉降很大需进 行较蒺处理。软逡簇笼毽酌方法多耱多样，近年来翡实黢涯臻采翔土工会 成材料加筋垫层进行软土地撼处理是种简单快速和经济的处理方法。但是， 嚣兹霹热蘩垫藩终题糗理熬瑟交还慈落磊予工程实践，关予麴麓垫漂戆否域 少地熬沉降翻前还有争议。y 零论文遴行了土工合成枣手糕加麓垫层处理软基的现场测试，所测试的汹 个断面的地质条件和填土高度基本褶同，分剐采用了砂垫艨、一层土工格瓣 加筋砂垫层、一一层土王格室加筋砂垫层、两层土工格栅加筋砂垫层四种处理 方案，测试内容包括地基沉降量变纯情况，软土表稀土压力分布清况，筋糖 受力变化情况。目的在于分析土工合成材料加筋垫滕减小变形的机理，评价 其加豳效采，为主王含成穗糕静燕广痤霜积豢资辩，提供蠢俊蓬瓣参考。试 验结果表明加筋砂垫层能够提高软土地基抵抗变形的能力，在一定程度上能 减少软土建蒸躲潺簿爨。 本论文避应用商业软件a n s y s 对加筋垫层的作用效果进行了有限元分析。 计算继栗表明，弱鬻艇熬有凝元诗舅模型、诗算参数和计算方法，在量化的 数值上与试验结果有较大羞辩，计算结果还不能完全反映工程的实际情况。 关键谪软土地基；沉降；加筋砂垫朦；王合成材料；有限元分析 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 l 页 a b s t r a c t t h es o f t c l a yh a sal o to fc h a r a c t e r i s t i c ss u c ha st h el o ws t r e n g t h ，h i g h d e f o r m a b i l i t ya n dl o wp e r m e a b i l i t y , w h e nb u i l d i n ge m b a n k m e n t so ns o f tc l a y f o u n d a t i o n ，t h e s e t t l e m e n tw i l lc o n t i n u e st oa l o n gt i m e ，t h et o t a l a n dt h e d i f f e r e n t i a ls e t t l e m e n t sa r ev e r yl a r g e s om e a s u r e sm u s tb et a k e nt oi m p r o v et h e p e r f o r m a n c eo f t h es o f t c l a yf o u n d a t i o n t h e r ea r em a n yk i n d so fm e a s u r e s ，i n r e c e n ty e a r s ，t h ep r a c t i c eh a sp r o v e dt h a t u s i n gg e o s y n t h e t i c s r e i n f o r c e ds a n d b l a n k e t st oi m p r o v et h ep e r f o l r m a n c eo ft h es o f tc l a yf o u n d a t i o ni ss i m p l e ，s p e e d y a n de c o n o m i c a l b u tt h et h e o r e t i cs t u d yh a sb e e ng i v e nl e s sc o n s i d e r a t i o n ，t h e o p i n i o na b o u tw h e t h e rt h er e i n f o r e e ds a n db l a n k e t sc a nr e d u c et h es e t t l e m e n to f t h es o f tc l a yf o u n d a t i o ni sd i f f e r e n t t h ef i l e dt e s to fe m b a n k m e n t so ns o f tc l a yf o u n d a t i o nw i t hs a n db l a n k e t si s c o n d u c t e do nf o u rs e c t i o nw h i c hg e o l o g i c a lc o n d i t i o na n df i l l i n gh i g h n e s sa r e a p p r o x i m a t e l ys a m e f o u rt y p e so fp r o j e c ta r eu s e d ，t h a ti s ：o n l ys a n db l a n k e t s ，o n e l a y e r o fg e o g d dr e i n f o r c e ds a n db l a n k e t s ，t w ol a y e r so fg e o g r i dr e i n f o r c e ds a n d b l a n k e t s o n e l a y e r o fg e o c e l lr e i n f o r e e ds a n db l a n k e t s t h e t e s t i n g s u b s t a n c e c o n s i s t so ft h ec h a n g i n gs e t t l e m e n to ft h es o f tc l a yf o u n d a t i o na n dt h ep r e s s s d i s t r i b u t i o no nt h es u r f a c eo ft h ef o u n d a t i o na n dt h ec h a n g i n gt e n s i o n i n g e o s y n t h e t i c s t h ea i m i st os t u d yt h em e c h a n i s ma n de f f e c to f t h er e i n f o r e e ds a n d b l a n k e t s ，t op r o v i d ed a t aa n dr e f e r e n c ef o rt h ew i d ea p p l i c a t i o no fg e o s y n t h e t i c s t h er e s u l t ss h o wt h a tt h eg e o s y n t h e t i c sr e i n f o r e e ds a n db l a n k e t sc a ni m p r o v et h e a b i l i t yt or e s i s td e f c i r m a t i o no f t h es o f tc l a yf o u n d a t i o na n dr e d u c et h es e t t l e m e n t i nac e r t a i ne x t e n t t h ef i i l i t ee l e m e n ta n a l y s i si sc a r d e do u tu s i n gt h ec o m m e r c i a ls o f t w a r e a n s y s t h er e s u l t ss h o wt h a tu s i n gt h er o u t i n en u m e r i c a lm o d e l ，p a r a m e t e r sa n d t h ec o m p u t a t i o n a lm e t h o d ，t h er e s u l t sa r ed i f f e r e n tf r o m t h et e s t ，c a n n o tr e f l e c tt h e e n g i n e e r i n gp r a c t i c ec o m p l e t e l y k e yw o r d s ：s o f tc l a y f o u n d m i o n ；s e t t l e m e n t ；r e i n f o r c e d s a n db l a n k e t s g e o s y n t h e t i c s ；f i n i t ee l e m e n ta n a l y s i s 整幽本警蜒寮磷突叟擎羧论文蘩 爱 ，1 糕述 第一鬻绪论 艇嚣後鼹产照蛰熟产窿弼2 e 鼹缀瓣年代，一赢处予丈麓壤之嘹。第二 浚毽舞太战蘑，茂车稻飞飘露遣馥茨避餐狡，封逮公路嬲爨怒魅警逐渐兴熬， 缓鼹运簸、艟骞货遥燮疆减，黧建亏濑，一褒被稼菇“夕瓣产娃”。藤遮铁潼熊 怒为了秽麓速公潞、褥弼航空竞争，才逐渐发袋超采瀚。与黼逮公路、溺 靛空柱蹴，蘧速馥臻熊嚣逡魏丈、速度抉、髓糕赣、污繁枣、鑫速少、安全 瞧褰、经济羧蕊努餐落患“3 ，霾筵，费1 9 6 4 每鬣莽皇豢一条褰逡羧蒗褥 零东海遴瓣予线熬残辨羧入遮纷嚣，深褥整久鬻糠，投大缝褥簿了纛雾释援 发震褰溱铁黪懿麓怒，瓢嚣装铁瓣声妊澎璐了一个糍涯盼麓。瑟蔫，毽辨上 醚建戏静态逮铁臻已脊4 0 0 0 k m 嚣上，鲡袋包挺辩速2 0 0 k m 的线潞，全毽爨鹣 透露慧熬獾跫怒逡露公墓。逡燕拣鼷虽然霞蛰占篷：器锾籍慧罄渣蓬程戆l 筵， 粼翅受耱器糖蠢黧鞍丈一帮分客逶工终爨。铡皴 嚣零器建成熬东海遵，出 鬻、豢l 、上越蹬条辩平绫熬长1 8 3 5 k m ，约占蹬零铁鼹憨营媳嚣鼗的9 篱，艇 受着铁鼹攘嚣受转蘩瓣3 溅；法嚣熬塞毒缝鞍大落洋线共长7 4 5 k 撤，投毒法藤 铁赣营簸瓣獠熬蕊，帮黎撵了铁豁藏容黪转蠢静5 5 。溉瓣，窝遴铗藩爨当拣辩 学技术溅裁懿纂串休黼，是铁路现代纯翻霪溪橼港，嵩速铁鼹墨成凳邀界锻 鼹袭溪的憨麓势，氇艘舞个函零和缝透发箴逡输熬馥骧嚣称之一。我闺瓣 壤逞麓，入霹众多，叉簸予枣囊塞擎靛蕊震龄袋，受嚣蘩麓宠穴、涟凄蠢、 遴徐燕壤、繁省纛潦、袋套鬻靠魏麓速铁鼹。 灌臻秧鼹运行逮浚快，技术糨潦篾，密黪笾规辩褥筑羧游翁谖诗、藏王 鞣葵护缝豁掇窭了赣靛拣战，在缀多穷瓤改交了接绫熬竣计檄念。藏踌罄褥 喜，袭袋激滚t 氮兮耱赢8 ： ( i ) 控铡变形是鼹然设诗魏燕麓 进去鹣鼹基，按溅袋破螺设诗，箍瓣在骥壤殴琢成潜艇，般张达辫隈 装酸棼麟。磷麓爨瑰了零艇褰资熬过大燮形。爨遮嚣攀瓣软邀交形鸯严嵇黉 求，困翡，戆镄变澎凳戆遮镁跨黯蔫嫒谚靛关键t 弱辩，寒蘧铗赣辩踌鏊篱 域料、镪察液、互詹溉辩、变形特榷、渤秀特僚簿措标靛要求瀚离子一般禳 褡。豢沈瓣逶专绫蘩求较圭地基游潞浆王嚣流洚枣予t 5 c m ，爨降遮察，j 、子# 影 馨。 蛰滚邃铁赣潞蕊燕多麓结擒体系 西南交通大学硕士研究生学位论文嚣2 页 离逮铁路线鼹缝橡，基经突蔽了绩绞豹魏遴一遂凑一露嫠这耱缝褐型 式，既有有碴轨道也有觅碴轨道。对于有碴轨邋，在道床与土路基之间，已 搬奏了将遴碴妻接敖在路基上瓣结麴形式，佟残了多媛缝梅体系。 ( 3 ) 列车与线路整体系统需相互匹配 包括路基在内的孰下系统的莲直变形集中菠映在孰蕊上，并且又畿接影 响着轮、轨作用力的大小，因此，登颓把轮一轨系统的各个组成成分放在整 个系统中去考察。 根攥以上离邃铁路路基韵符点，可以看出，控制旃蒸交形懑成为嵩速铁 路路基设计的最大特点和最困赡的工作。当遇到软土地基时，由于软土具有 疆缝毪大、渗透系数冬镑特性，傻褥获主楚基上靛鼹基建残禹淀簿延续薅溺 长，总沉降量和不均匀沉降很大；软土还具有一定结构性，它的形成随士的 矿魏成分、淀瑷环境、魏隙瘩兹戏分及浚强每代嚣不羁，缝掏彀瓣不霹遂性， 使得软熬一旦被破坏就搬难恢复，从而又加大了软基的沉降蟹。这些沉降变 形最终簧反映到辘嚣上，导致孰嚣不平蹶，劣纯鞔道豹服务功能，降低乘车 的舒适性，还可能给线路运营詹的高速行车带来困难，甚至不能实现商速行 辈，严黧时会弓l 起行车事故，给软基上修筑路蜓提出了挑战。为此，成采取 各种措施，使路堤沉降( 包括地基沉降) 在施工阶段提前完成绒减少竣工后 沉降的发生，使建成后的残余沉降量控制在一定的允许范围内，以不影响列 车豹安全豁适运行，避免霞维修遵度丽影响线鼹豹通过艉力。 然而，沉降嶷形问蹶的解决是相当复杂的，日本和欧洲各阑虽然实现了 态速，黧继靛蔻遥过采愆离标壤豹暴赛黪强纯筑遥结褥秘寒震爨浆养护技零 来弥补避方面的不足。网本对此不惜代价，在上越和东北新干线上，高架桥 延长数掰占毙馔分裂为篱窝? 篙，路蒸饺占l 篱秘鼹。黠建基瓣沉降瓣惩劳 没有很好解决。 我溺晷囊萋还没有窝遮铁鼹，毽是将要舞工修建的衷沪裹速铁路将攀可避 免的遇到软土地基处理问题。 软土地基处理的方法多种多样，采用土工会成材料加筋垫朦进行软土地 藻处理满于浅层处理方法中的种，相对于施工工艺技术复杂、工期长、费 用高的深层处理方法来说，浅艨处理一般使用比较简单的工艺和旌工设备， 耗费较少的材料，是麓犟快速和经济的楚理方法。大量豹工程实践帮蔽羽研 究也在这方面积累了丰寓的经验，取得了较大的成果。 僵惹，我稻瞧努矮注意娶，晷 l 誊辩麓蔟垫麓俸震梳理夔磷究还运落后予 工程实践，对加筋垫层的效果大多停留在感性认识阶段。许多实践证明是成 亘蜜窒塑查堂堡主缝塞竺堂焦鲨塞整! 蔓 凌翡王穰寒难戳获理论上热戳璐释，设诗主还不能正确獾述王纛实际静瞧状。 关于加筋垫层能否减少地基沉降目前还有争议。为了更好地指导工程实践， 键进热簸技术瓣应鼹秘发聂，还嚣要遴霉大量懿试验磺究工终。 1 2 论文选题意义及内容。 本论文鏊在逶过采掰工会残毒辛辩麴蘸垫鬃处理软鏊懿骥场溅试，结合 有限元计算，分析土工合成材料加筋垫层减小软基沉降的机理，评价其加固 效果，为主工会成材料在今嚣黪应鼹( 特别是农毫速铁路敬土戆基处毽孛懿 斑用) 积累资料，提供肖价值的参考。 1 2 。1 论文选题意义 随着我国基本建设的发展，在软土地区兴建铁路、公路、建筑、机场等 项目将会日益增多，对地基沉降的要求不得不考虑。软土地基处理的方法有 很多种，加筋垫层便是箕中之一，筋材大多采用的是土工合成材料，京源于 现代商新技术密集的石化行业，产品商业化程度高，升级换代快，适应_ 墼i 强， 羧试秀怒继铜零孝、本耱、求泥之螽静繁滔大工稔材精。铁薅系统是最草将 工合成材料引入我国的彳亍业之一，自六七十年代，就开始研究土工合成材料 耀予稳浆翟淀煞貉治饔惫裹五辩弼捧謇沟攘承，卡年锭耪将主王会袋秘辩 用于软土地基加固，进入九十年代，土工合成材料的应用范围豳益扩大，功 缝逐濒李塞。农冬条主要憋手线建设中搀奏不嗣程度黪使用。窀翦优越性及 可用性融为广大路基工作者认可，在土正合成材料的应用研究和工程实践方 獗已取褥了较大成果，积累了事蹇的资糙和数撰。同时，抽筋垫层也广泛应 用于公路、水利、堤坝、房建等工程。大薰的z 程实践证明土工合成材料加 筋垫层具有承载力高、稳定性好、易于岛其它地基处理措施相缩合的优点， 间时施工方便，造价低。侔随着工程实藏，在尚h 筋垫鬣特性研究方面也宪成 了众多构思精巧成本昂贵的试验，取得了丰富的成果，并建立了相应的设计 灌论帮计雾公式。 然而，我们也应该肴到，加筋土技术毕竟逐年轻，征处于发展阶段。目 麓对熬戆鳌凄 筝攥爨瑗瓣研究逶逡落君子王程实践。鼓然浚臻铽麴鏊技零熬 廒用已有四十多年的历史，其间成功实施的加筋土工程几乎遍布世界土各个 灏家，涉及懿镁域援为广泛，毽是诲多实践 委鞠是成功熬工程龆难以扶瑾谂 上加以解释，设计上还不能正确描述工程实际的性状，计算方法很不成熟， 计冀鲍热固效果逯不如实测值，造成盲爨性和浪费。比如对加簸力大小煦取 值就有三种不同方法：抗拉强度、允许授伸强度和对应予一定应变时的强度： 。 一 西南窝通火学硕士 i f 究生学位论文 第4 页 袭主与控麓赛嚣麟攘囊添褥上，饕法巍幂糖嚣，释试为与投筋静静黪擦 角太子土的内摩擦角，另一种则认为外摩擦角小于的内摩擦角。这涉激副 主枣燕篓舔，与藩羲共灞受嘉与渗饔王终；渗获餮主鹃整囊、热麓瓣辫懿 性质；土的压实密度、士的含水爝簿因索。在试验研究方面也存程一些问题， 逡舞：必测试嫠撼蠹力夔变纯，浍燕接穗魏鑫蜜凳，蠹予瑶奏熬癌变冀甥瓷 测试钢筋替金属材料应袋所用，敞应变缴较小，而筋材成变量较大，褥易造 残灏试缝爨不嚣；援室魂三辘试验研究熬簦髂载强度窝嶷力痰交美蕉黪糗， 幽子试榉豢径太小，翁材的永平约束佟蠲无法充分发挥，测试结果不能充分 体现笈材魄鸯8 麓作愿。从彝蘸逝版姻书到靼资辩来看，奔绍试验资料秘熬工 疑疆嚣藏较多，蒸串毽鸯一些缀鬻实薅徐往豹标准手翡，但是系统论述错究 成果和发映计算方丽内档的很少。 燕藩技零爨谂主蚕戏熬戆藏透是多方垂煞，箕率夺重簧覆透凳静 工程性质复杂多黛和加筋材料的多种多样。从2 0 0 多年目口库仑理论开始，研 究王龚苓颟溪入，至今辩蠢琴多瓣蓬鸯撩熊决；缎簸支接零在主蒋懿萋磷上 又碍f 入了拙筋材料，在褰际工穰威用中，士有砂性土、粘性土，筋材可采用 王毒、王辏瓣、王辏室等，曩耱众多，牲戆各舅，毒感黎戆与戆筵 闷作用，傻研究工作的雅康更大。为了绪工程实际提供必要的理论根据和指 饕，避一疹攘动其发曩，述嚣要避蠢大量熬基嚣g 磷嶷王终。 1 。2 2 论文韵内容 本论文根据豢沈客逡专线上袋建王会残材料援簇垫痿进嚣软遮鏊处 鬻的现蕊试验，缔台有限嚣分祈，研究土互舍贼榜料加筋鳖层处罐较蕾酾作 熙效果。 在豢洗客运警线莱试游获，我翳逶符了互奢藏耪黼麓菸蛰震憝臻较蒸 e 的现场试验。在地质条件期填土黼度基零相同的政个断磷上。分别采用丁砂 骜器、一瓣王蘩撵巍繁轸鳌暴、一豢主王貉塞翩藩醪垫瀑、黎瀑圭王糕蠢 加筋砂垫艨四种处理方寨，测试内容包攒路堤填筑质量，地基j 8 趋 填土荷载的 璞大荬嚣簿量交稼穗嚣，较表嚣垂秀给毒穗熬，藩耪在凑祷蓑露耀下 髓力变化情况，根据试狳缩果对比分析备种砂垫墚的作用效果。论文还对四 耱缝理蠢察逑嚣了窍袋元模熬癸掇，摆窭了蓑蘩佟震下蛰蹇案夸逡基戆鹱是 位移场、搬向瘦力场及冀侧向交辩。试阐通过本论文的研究，对士工含j 菠材 料麓撬变黟能力避孬译徐，秘步掌握_ - h i 念残材糕载挠嶷黪特懊及在软熬处 理中静盛糟技术，为王合成材料在今嚣高速铁鼯软墓工程中韵斑焉积恭资 一堕煎窒望查鲎巫主塑塞生堂嬗迨塞 整! 夏 辩，羹定基磴。 1 2 3 国内外研究现状 麓筋主技术善先蜜! 陡餮工糕师v i d a l 予二卡世纪六十年我提密，并运用 该技术建成了一段加筋士挡墙，同时，他还预见到加筋材料可以提高地基承 载力t 凌鞋嚣嚣专多年中它佟淹主零工程领域瓣一矮瑟按本发袋逐逮。簿随 着工程实践的增多，对它的试验研究工作也在发展。8 0 年代，法、英、美、 霹、德等匿相继巷定了鸯曩簸土工程嫂蓬、条铡秘技本豢索，鹭躲上也戏立了 加筋土工程协会，进入9 0 年代，在世界各地召开的相关会议和成立的组织更 趋多样化。国内许多部门针对加麓土技术的应用先后出台了各囊的规藏和手 册，铁道部于1 9 9 9 年颁布执行了铁路路基工合成材料应用技术舰范 ( t b l 0 1 1 8 9 9 ) “”，交通部颁布了公路土正合成材料应用技术规范 ( 露j t 0 1 9 - 9 8 ) 嘲。 试验是进行理论研究的基础，加筋士技术的试验包括筋材力学性能测试 翱结构佟矮凝臻研究耀令方瑟。澜试襞牵季豹藐控强度一般采麓按 枣试验，溅 试筋土_ 之间的摩擦特性往往采用拉拔试验。对加筋士结构作用机理的试验研 究一敷慕瘸室蠹模型试验、瑗场试验秘数篷诗爨( 大多采愚蠢隈元) 豹方法 来进行。数值计算的关键是确定合适的计算模激和计算参数，需要对挝筋与 之阕豹作鼹撰理、毒季誊每性质鸯烩切的认识。凌众多鲍计算摸挺中，它们各 有利弊，有的模型计算参数繁多，参数的变化对计算结果影响很大，目前还 不能作为实际工程设计的依据；采用室内模型试验方法是对现场条件j 行近 似模拟，可观测捌实际正程的些住狄，也可以对计雾理论和计算模黧进行 验证，塑内试验模型的结构尺寸按比例缩小，加载方式、边界约束也与现场 条件有麓异，它不受静部环境溺素静影噙，基本是在璞惩豹条僻下避彳予酾， 但材料性质和尺寸的减小不成比例，会影响试验结果，取得的试验结果还必 须经_ 蓬工程实黢豹验逶；嚣瑗酝试验紧密结合王程实辩，霹戳嶷接麓渊弱寿 关数据，不存在模型试验的相似问题，试验结果包含各种影响阂素，有些因 素是室内试验纛法模耘竣缀难摸羧蕊，其结果爨兵说l 爨力，是梭验理谂磺究 和模型试验结论是否合理的标猴。但现场试验很容易受到施工的干扰，测试 是终的援伤j 珏必效缀难避免，凌现场采集数据呶较为爨难，试验周期长，费 用高。 对加筋垫艨的研究以前多袋中在地蒺承载力的提离。b i n q u e t ”1 予1 9 7 5 年首先对土工合成材科疵用于地基处瑾傲了重簧的探索。他通过6 5 缀模型试 酉离窒壁譬硕士研究生学位论文第6 页 疆豹对跑分橱，发现麓材搜传统魏溪动瑟商深簸发展，筋誊孝豹俸惩挺麓了遥 基承载力，改善了荷载和沉降关系，得到加筋和未加筋地基的极限承载力之 魄( 燕稳庆载毙) 在荚纛条 孛撩阂对魏2 4 ，势魅壤撂逸基玻塔模式豹救设提 出了加筋地基承载力公忒，其主要思路是：横跨于剪切带的筋材发生弯曲变 澎，该处篾材羚竖自分爨提高了遮基黪承载力。他的磺究表赐，在砂矮遮基 中当加筋层数为小于= 绒三层时筋材容易发生挝出破坏，当加筋层数大于四 层时最上部的筋树容易发生断裂破坏。c c h u a n g 和f y * m e n g “”认为，这种计 箨方法对于筋豺较短的情况不邂应，承载力提高的原因在于加筋的存在增大 了地基内的应力扩散角，影响扩散角的主要因豢是加筋的间距与基础宽度之 玩，其次庄毒筋率，然焉是筋耱长度与蓥磴宽度之院哥鑫热荔层数。壶予影响 加筋垫朦地基承载力的因素较多，不同的试验者得到的结果有时差异较大。 文敲 i s 】豢据辍疆平餐状态，警篷了袋侔焉弓l 越熬遮綦辫热承羧力翡诗箕公 式。文献 1 4 通过大比例模型试验得出：一层绒两层土工格栅加筋地基的承 栽力提蹇到不宓鞋麓地基戆l 。6 供，瑟三鼷工格撵可提褰到2 。5 绩。文献 1 7 】 介绍了聚用两种不同刚度的格栅分别铺在砂中，做加载试验，结果认为，刚 度较小黥格搬农麓载佟腰下，w 以逐渐屈服，从丽改善应力的传播，提离承 载力，减小沉降。文献 2 0 和 2 1 都采用了土工格室加筋垫层对软土地基进 行处理，对路堤的沉降、侧向锻移等进行了明测和分析。长沙铁道学院的魏 舔敏嘲椁将正交试验方法用于永平柔狡翱筋土蟪基的缩尺模鍪l 试验，探讨了 加筋土地基的工作机理及诸种布筋参数( 加筋层数n 、酋层间距u 、层间距h 、 麓带长发l ) 对擦篾主戆萋整熬靛影虢，定义承载力跑五a ，霹： 加筋土地基承裁力 未抽绞缝基承载力 研究结果认为：随漪层数n 增加， a 也增加，当n = 3 时。a a 达到最大， 之爱，蝰蠢下辫，继续增加n ，a a 在一定篷隧遥波动，基本趋母稳定；当善 层间距较小时，随着u 的增大，a a 增火，当u ：逸到一定值后，懿续增加，五a 降低，巍u 较大时，2 a 随羞u 的增大藤增大；当层间躐l 较小时，由予相邻 筋带之间相互影响，使箕不能充分发挥作用，承簸比五a 较小，淹着h 的增大， 各层筋带的作用得以充分发挥，卫a 增火，如果继续增火h ，加筋效果就逐步 潮弱，稳当h 越遗莱一德君，继续增大 i ，五a w 艉隧蓑嚣翡璜欠蔼瓒穴：增 加筋带长度l ，可使荷馘在更大范围内扩散，从而提高承载力，承载力比z a 缱之璜大；该试验静最健经会方案舞；n = 3 爱，h = 2 b 3 ，u = 2 b 3 ，l 2 7 8 疆秀 基础宽) 。文献 2 4 也认为加筋层数超过3 层时，极限承载力不再提高。魏丽 嚣密交通必攀磺士璎究生学佼论交繁7 煲 一一一一一_ 。_ _ - 。- _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ - _ _ _ _ 一 敏等8 “还辩一蠢集热籍路基、船髂轿台、搬髓热墙于俸的练禽运用 加筋土技术的试点工程进行了较为全面的原型测试研究，实测结果表明：加 菸逮麓中赫带蠹力( 7 5 砖) 羝予设嚣 章亍算允诲德( 1 t 4 逛) ，逑旌求平位移 壤小( 蕊窳乎往移6 3 c m ) ，羝予较籍疆安全壤筑瓣容章年基承平霞穆餐( 燹 簸这基为l o m m d ，热瓣她基为2 5 m m d ) ，建予嬲筋主蟪基上豹热荔掇台j 辩 加筋土挡墙墙筒水平位移很小( 7 r m n ) ，该工程内于成功运用了加筋土技术， 袈褥了缀黪游经济效蘸，与罴翅鸯絮按方寨摆毙，节约投资5 0 。蹇 平o ” 刚撮器靛鬟守蘧漾理及热筋逾蒸静王幸琴往获，掇灞了翔麓蠛蒸稷隈零载力 及地基淤降量的种计嚣方法。文献 5 1 进幸亍的模型实验中，将土工格栅按 一定豹间距放入地基土中，先对地熬施船静荷魏，然黯再叠翮一个低频率豹 震麓荮裁，实验缝论认为搬麓圭| 蠹基豹承鼗力为不热翁遗藻静l 。4 l 绩，泼降蕊 丽斑多2 麟劐3 0 。 随辫研究工作的潲八，对加筋憋层作用机联的研究日益增多。喻泽红“” 等逶遘错黻元分辑试必，零予镶竣主王疆傻棒瀑蓬建力秘鞋簿低，扶露溅 褰了律燃载力，降低_ 薄蒗簿，冀覆困主要燕依靠主王惩攘皴覆熬麟擦唆 会终弼，髓 取决于窀髋懿抗羧强凄，嚣强力朕效应；王瓣熬簏缭梭工 作时，土工网和土一越承受外部和内部荷载作用，土工网和土接触面的界灏 骛鏖力对笺舍髂戆蛙熊超关键臻鼹。僳孥塞8 0 逶过对主王格搬擞篓癸嚣黪 试验磷究，也试楚蕊荔捧薅胃势魏穰麓黠其毳斑露石黪疆秀及格饔越莽黧 蕊侧碎舔的咬会摩擦作用，张力艨效应只是糖菜些特定条体下才起皇要作 用。丽文献 2 9 则认为张力膜侮用澍爨直应力的降低效果菲常驻著。徐少煎 等阱1 磺突发魏，堤嫒下款基热麓土王织物破棼辩醵应燮擐小，一般为4 龋， 在歪常工体时绞锯的殿受更，j 、，霭织妨的掇隈液变很大，嚣黼工程孛主王缴 物的作用邂未发挥，并提出对织物施以预拉应变，充分发挥娥物强度，提离 燕簇效聚。吴爨海汹1 辩工会藏糖精黯翁移主避辑了三麓试验磷囊，褥篷黻 下缝谂t 热筋移在辍蠢应交鞍大懿窳蓉效果琵较凌鬟；骧辫遴歪羚壤大， 主王含躐材料疆渡期麓效果系数遥灏海低；热筋移具商准精聚力，稽会摩仑 抗剪强度理论。我国娥早进行离心机模型堤试验的是俞仲泉踟3 ，他在堤体和 较乏潮设秽垫星，缎将篷予堤底秘移垫层串鹈，试验发现镳设工织物溉 减少了瓣基交澎又增翔了疆髂稳寇键，试验还发魏绣褥懿应交楚不鞠麓懿， 堤中心线下应变最大，但均不超道5 ，试验还观察到砂垫层张土工织物界麟 的滑动现象。文献 1 8 3 利用有限元法对软土上的船筋疆进行辑究，分析了籁 麓躐癀及游堤宽度对淀簿及鲻簿艇移戆影魂。文献【5 羽逶过实验繇究，认为 一堕煎銮鎏查堂堡圭逊蜜竺堂熊笙塞。， 一塑! 基 加筋的释用显著掇高了试样的精聚力，如筋与束加筋试祥的破环包线赢褶平 褥“文献 5 9 通避三轴裳验，得出以下缕论：加簸试样的峰值强度增加，坚 瞧增大，龆麓静律嚣随麓船藏奉孝精层数瀚辖黧丽增藤，对予枣尺寸静试栉翻 筋效果璺为显著。文献 3 2 】和文献 4 6 也对土工格栅、土工格象的加筋机理 滋孬了试验磅究。 上述观点都认为加筋能够掇高地基承载力，而关于加筋机理的观点有些 愚不一致贻，这说疆黠予鸯羹蘩佟耀麓影嫡因素还没套骚究瀵楚。静工程经 质的复杂多变和加筋材料的品种众多也为研究工作带来许多困赡。为推动加 麓士技术熬应鼹秘发展，避一步对趣笈梳理避行实验磷究是十分必要鳃。 关予土工合藏材料加筋垫鼹对地基沉降的影响问题，尚有较大分歧。有 认为按越黠沉降的影响不是萋。然丽，也袁很多室杰试验靼现场试验郝确实 说明了土工合成材料热翁骜层能够减少蛾基沉繇，是一种有效的加露方法。 沪宁高速公路臣山试验段试验结聚表明，在地基袭面有2 m 厚硬爨层，其下为 3 5 掰琢款屡，路堤赢在3 翻条箨下，霹两屡王奄缀残翡勰簏鳌瀑进苻 浅层处理，能有效减小地基的总沉降量和水平位移，减小地基的不均匀沉降 鼹王耍撼蹲辩。铁瀵豁繁麓溅设计陵庭麓工穰室蹙理袋渎漩遮浮泽媳区 软弱地然试验中也有相闻的结论。文献 1 5 通过三维有限元分析，认为加筋 蛰屡黢寄效壤枣流簿。文献【i 8 蹴揎笈台遗嫠上键设主工会娥糖料趣麓垫 屡的路堤进行了数值分析，认为加筋垫朦可减少地基的总沉降和不均匀沉降， 鬻置墨嚣捞戆捷披嚣# 度程4 0 0 0 k n m | 丛内黠，增嬲籀持捷挝珏褒对减小最大淀 晦量的效果较为明显。文献 5 3 j 对两种强度不同的软士地基上修筑的路挺进 摇了有限元分梃，认为掷篾2 够鼹显地被小地基沉降、侧恕位移和坡角处地 嫠土韵f 街上隆起，弼时认为加筋效果对予强凄鞍搿静趣綦更为翁驻。 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 第二章软土的工程特性与软基处理 蹇遽铁路露车速度挟，接叁标准麓，对路纂变影簧求严。软主其蠢压终 性大、抗剪强度低等特点，在路堤荷载及车辆轨道荷裁作用下，将产擞较大 的沉降变形，量沉降延续时间长。为了做好软綦处理工作，就必须对软土煞 工程特性有一个全面的认识，才能根据具体的工程特点，采取切实可行的处 理方法，使线路保持稳定和平顺，以保证列车高速、安全运行。 2 1 软士的缱成和分类 软的定义各专业技术部门都不尽相同，阑内外也无统一的结论。有的 定义软土是一种简称，燕要是由细粒组成。裔的定义软土一般是含水爨高、 孔隙比大、抗剪强度低、渗透系数小，且压缩性、灵敏系数高的粘性士的统 称。还肖鲍将软主泛辩近代沉羧豹葵韬强度低，篷缩瞧大豹软弱土层，主要 为饱和软粘土，在天然地层剖面上，它往往与沉炭或粉砂交错沉积。 裁较主戆戒匿类型划分，胃分惫滨海程软主、溪潮蠲较主、泻漤赣软、 三角洲糊软土、河漫潍相软土、牛轭潮相软土、谷地褶软土、湖相软土和沼 泽辐较主等嘲。癌予淀积舔凌戆澎嚷，健蹶粒缝戏、淀积厚度、结梅及戚层条 件均有其特点。 软走靛矿物组成除少量原生矿妨、石英、方解右、长石、云母、角阕嚣 外，还有大量次生粘土矿物。粘矿物熙薄片状、管状躐板状存在于粘士中， 它是非晶态或微结晶的水化铝、水化镁戏水化铁的硅酸盐。我匿软土矿物所 含粘土矿物以伊利石、满岭石为主，也禽有蒙脱石、绿泥石等嘲。 2 。2 软的结构及工程特性 在芥部环境条件影璃下，软所表现出酌备种特靛，都蔻其内在徽观结 构发生变化的外在反映m 。组成粘矿物结构有甄个基本单元，氯化硅四面体 鞠氧纯镪( 镁) ，面体。软结辛鼋是峦革粒及大小不同鹃霜粒维蔽豹组梅单元 按一定方式排列而成，糖团粒内更小一级的团粒和颗粒也有一定的排列方式。 鬏粒静院表蚕较缀大，大小毪豫孛除少数羚鹭被农充瀵，这耱缩擒被称为缨 胞结构和絮状结构，这正是软士具有火孔隙比、高含水爨、高压缩性、高灵 敏度及 蔻强度瓣摄零愿霾。 2 2 1 软土的工程特性 软主豹甥壤组成帮缴鼹结构，搜缮宅具骞一些特殊的挂旋，主要凌现在 以下几个方面”： 亘堂塞塑盔堂塑主受壅兰堂堡造塞整! ! 要 1 、软豹必然含求麓都大予3 0 5 ，麓丈予滚隈，箕滚辍丈帮分在3 4 埘蹁 的范围内，塑性指数大部分在1 , 如2 0 之闯。 2 、蠢琵黥秣是软黪一个黧要祷援，宅壹搂决定了俸熬艨续程、渗透 周结特性。软土的天然孔隙比大于1 ，山间洼地嫩成的含榱物根系的软士孔隙 邋甚至这澍6 。惑予每个孔辕投蔡镞套露魏藩憨侮获占躲体积魄镄缀大，形 成了渗遴性很差而具高聪缩性的特征。软土的这一特点与其缓慢沉积过程中 颡粒接魅点形戏一定麴胶缝双露限止其避步基密寅关。 根搦土体串孔隙的存在方式和所起的作用，可将土中孑l 隙划分为孤立孔 隙、粒阗强隙翻牲内孔隙三静类型。其中孤立我隙敬壹经较大，数量不瘳， 它翻无法连通或连逶程极差，对渗透往影晌甚徽，但对主的运缩性影确较大。 皴闽孔隙存在予粒状集会体和粘粒组成的微集合体之阐，分布广，数量多， 涟逶整谗较舞，辩主麓魏潍毪、压缩毪、渗透霾雅缝等起着至美蓬要熬佟餍。 粒内孔隙较小，数量较多，但它们存在予集合体内，撒体连通性较差，只有 滏舞热蕊鼗鞍大辩方会对戆链鼹产生一定爨影璃。 3 、软土为商压缩性，压缩系数大予0 5 m p a ，其滕缩性随波限的增大而 耀大。 4 、渗透性小，渗遴系数大都在1 0 l o - 7 c m s 之间，所以在犄重作阁下固 鲦缀浸，强度苓荔提高。 5 、软土的抗剪强度岛j 水条件有密切关系，在荷载作用下，如果土层有 条终搏水匿结，粼它的强度随羞有效应办的增煳两增；b r l ；反之，如果层没 褥簿永祭俘固绪，随着耨载酶翔大，它静强度胃能醚麓赘诱交澎鸽魏丈褥衰 减。软土的抗剪强度还姆力珏荷速察、时间有关。 6 、被主有藏著静滚交往，释是在终燕赘载不交瓣条箨- f ，变形髓跨瓣 的增加箭增加；一种是擞外加荷载不变的情况下，剪切强度随时问的增加丽。 孵羝，蓠者巍辫缝流交，嚣者为剪锈滚变。 7 、软土具榭结构i 生，一旦受到扰动，其结j l 句受到破坏，土的强度明显下 降，甚至发生流动。软撬裁疆，隆着羚鬟对潮鳇增长，其强度又会逐潦奏 所恢复，但一般不能恢笈到原来结构的强度。菇原因是：天然绻构土的各组 梭翔矮簸握黠位霪、空稼大小、啜爨辫离子鞠水分子熟接列等均处于一种挺 对平衡状态，巍体遗驻扰动黼，颗粒间产生滑动位移，吸酣阳离子和水分 子黪定趣摊到以及胶缝物和空敬状态等爨到破坏，打破了原来的相对警循， 士韵绪耥变成了某种程度豹分散结构，袄丽减弱了颡粒之闰静结梅连雅，导 数结构强度的醛低，静黢了一教时间尉，颗粒棚水分子以及其蚀结构因素重 西南交通大学硕士研究生学位论文第11 页 新排列，逐渐恢复原来的结构，因而强度也逐渐恢复。 2 2 2 软土结构性对其物理力学特性的影响 土的结构性是指土颗粒及孔隙的性状及排列型式，以及颗粒之间的相互 作用。软土结构性受许多因素的影响，土颗粒的矿物成分、沉积条件及孔隙 水的化学成分都会影响土的结构性。在地层形成后，由于物理、化学的作用， 如次固结、卸载、风化及淋洗等因素都会改变原来的结构而形成新的结构。 所以，由于成因不同，结构性的强弱程度和稳定性也有所差异。 从力学特性来看，结构性的主要作用是增大了土骨架的刚度。结构性越 强，土骨架的刚度越大。在土体受荷后，外荷首先由土骨架承受，随着结构 性的屈服和破坏，外荷才转移到孔隙水上去。结构性软土有如下特征“1 ： ( 1 ) 应力一应变曲线的初始段呈现明显的弹性特征，当应力超过一定值 后才会逐渐以塑性变形为主。 ( 2 ) 固结曲线具有较高的视先期固结压力盯p c 超过其上覆压力盯咖当 应力超过视先期固结压力后，孔隙比才急剧降低，而且视先期固结压力越高， 超过屈服应力后压缩性也越大。我们一般把盯。盯z 0 的比值称为超固结比， 但文献 3 3 认为，盯p 。是土体结构强度的表现，盯p c 盯z 0 理应称为结构应力 比，而不宜继续称为超固结比。 ( 3 ) 孔隙压力一应变曲线的初始段呈缓慢的增长，随着结构性的破坏， 孔隙压力逐渐增大到最大值，或达到峰值后随着剪胀而降低。 ( 4 ) 现场的沉降线有明显的转折点，在外荷较小时沉降很小，只有超过 一定荷载后，沉降量才突然增大。与此同时，侧向位移及空隙压力也突然增 大。 2 3 软基的危害及处理 由于软土具有压缩性大、抗剪强度低等特性，使得软土地基上的路基建 成后沉降延续时间长，总沉降量和不均匀沉降很大，影响行车的速度和安全， 因此，必须采取一定的措施，使路基的强度和变形满足设计要求。 2 3 1 软基的危害 软土在我国分布十分广泛，滨海平原、河口三角洲、湖盆地周围、山涧 谷地均有分布，大量的工程建设，如机场、码头、公路、铁路等均会遇到软 基问题。在路堤荷载作用下，软基产生变形，其变形主要来自两个方面：一 是软土固结体积减, j , q l 起的变形，二是软土受剪后形状变化引起的地基变形。 西南交通大举硕士讲究生学位论文第1 2 萸 一。1 _ 。_ _ _ 。_ _ _ 。_ _ _ _ _ _ _ - - - _ _ _ _ _ _ 。- _ _ i i i j i i i i i i i i i _ 。_ - _ _ - - _ w _ _ _ _ _ 一 逡蓦交澎谈褥蹿堤本露发生下沆，嚣辩鼹囊下懿魄基蠢嚣铡鬻起。髓着路 堤填筑商度不断增加，沉降越发明显。当路堤填高达到一定程殿时，软基的 撬簿量、德是瓷超量及其终熏蔻爨显著礴大，藏翼雩达到了较基斡摄溪承载力， 路堤可陇发生破坏。 瑷 弋铁路终筑经验袭礁，谗瓷支丞路堤酸戆基不兔许发生懿诱疆辕，也 不允许缴生不能满足适合使用袋求的过蹙沉降和过量沉降速率。以往的设计 标准，多考虑对缝基强璇的要求，鄄不允许发擞逸基玻坏，瑟对其变形魏要 求则没有给予嚣褫。我溪铁路路基主要瘸害现象的路蒸下沉，除因填密实 艘不够造成终，也不少越因地基下沉所致。对礴速铁路黪基来说，除了强度 簧求筹，还有变形要求，舔不允诲窭蕊进大静沉降交形。垂予软土其裔箍缩 性大、渗透系数小等特性，使得软土地熬上的路基建成厝不仅沉降量大，而 蠢延续瓣游长。缝基懿淡降交澎最终要艇浚爨虢嚣主。遗量淀簿零l 起辕道缀 向不平顺，当沉降量较大时。不均匀沉降一般也较大，不均匀沉降易造成左 褰孰谈蓑，当秘攀蔫这邋逶薅熊攀l 莛缀大鹣饕力终焉。熟栗获瑟其畜摄漤渡 他的特性，则当软基液化后，软基的承载力迅遮降低、沉降量加大，这样当 褒速行攀嚣毒又增攘： 其动力穗盛，造戒繇往循环，基暴严重。这些现象舔将 造成线路养护维修工作嫩加大并千扰彳亍率，给线路运营后的高漶行车带来困 难，甚至摄本不艇实瑰裔速行攀。为姥，痤采取各种接藏，便路基沉降( 包 括遗基流降) 在施工阶段提前完成或减痧竣工稻沉降韵发生，俄地基程路基 建成后残余沉降爨控傣4 擞一定的允许范围晦，以不影响列车的安全舒适运行， 避免西缭褡逶液疆影豌线路熬通遗麓力。 日本东海道新干线建成质，由于软土地基沉降造成轨道状态不良，不能 遮鬟浚谤速度帮逶垂要求。蔽取了寒海遂蒸予线镌经验教讽嚣，对爱泉修建 的高速铁路，日本规范对地基提出了强度要求，对不符合强度辩求的地基要 采联热嚣寝骧少嚣翳瀛酶麓接麓；羲嚣铗戆曩零对爨基奠嚣浣降无暖确勰定， 艏来在勘察中提出应控制在5 0 c m 以内f 制定重载铁路路基技术标准时建议采 麓3 0 c m ；广深线路基戆王居滚辫是2 0 c m 。攘据我霹高速铁鼹熬搜术标准，豪 沪高速铁路线轿隧靖设计暂行规定糖出，被土地基士路基的工后沉降小 予l o o m ，援隆速率小予3 e f l l 年。时这2 0 0 k m 掰建铁路线挢隧蛄设计暂行援 宠黼撼出，较遣基上路基韵工后沉降，j 、予1 5 c m ，沉降速率小于4 c m 年。 2 3 。2 软基处理的目的与任务 软藏憝理的强的蔻澈善魂蒸土韵穗质，提高遣基土的抗剪强度，减少沉 西南交通大学硕士研究生学能论文第1 3 页 海和不均匀沉降，佼在上镪结构秘荷载律用下不羧发生破坏或出现过大变形， 以保证结构物的藏常使用，防止地震时地基土的液化，使之满足设计要爿之。 较鏊薤理麓经务，藏是辗豢场遮软主遣基豹特桎，遥过勘测设诗选择合 瑷的处理方法，并在施工中进行必要的观测，使所采用的处理方法达到设计 要求。 2 3 3 软基处理的方法及原理 竣基处理是忑程建设戆一个霪要部分，软纂处理方法选择楚蚕褥当，将 会对工稔质量、工程造价、工期带来很犬影响。间时，软基处理的方法众多， 侄何一种处理方法都不是万能的，都有京的使用条件和范围，威根据不同鲍 土质、使用要求等选择不同的处理方法。另外还簧考虑结构条件、施工设计 条件、环境条件以及处理效果等因素，做到技术可靠、经济合理、施工方便。 报攥继基赴疆的骧瓒，软遗基处瓒豹方法诃分为j j 水嗣络法、振密法、 鬣换拌入法、注浆法、加筋法等删。 撩承淘结法的派理楚获主魏基在蒋羧律舔下，串承慢慢撵壅，魏蒙魄 减小，地基发生阎结变形，同时，随着超孔隙水压力逐渐消教，土层中的有 效应力增丈，遮蒺瓣强发逐澎壤长，露使遮嫠豹淀酶在霰歪麓润基本宠或 溅大部分完成。根据排水系统和加压系统的不同，排水阐结法1 町分为加超载 预压法、砂井及务秘塑j l | ； 扳排本法、真空预压法、毫渗撵承法、降低蟪下水 位、砂垫层等。 。 振密法的原理是采髑一定的孚段，邋过振动、挤压馒地基土中孔隙比减 小，强度提高，达到地基处理的目的。一般采用强夯法。 置换拌入法是以砂、碎石等材料置换软弱地基中的软弱土体，形成复合 璐基，缄在软弱地基中部分土侮内掺入水泥、水泥砂浆，戳及群灰等，形成 加固钵，与未加圃部分形成复合地基，达到提高地基承载力，减少压缩量的 瓣静。窀一觳包括拜挖鬟抉、强狰置换、千振碎石摭、农泥主搅箨法、磊灰 檄、钢淡桩。 注浆法瓣实蒺是爱气莲、渡嚣或纯学嚣建，把菜些熊嚣纯瓣浆滚注入各 种介质的裂缝或孔隙，以改善地基的力学性质。 热簸法是逶避在艨孛埋设强度较丈熬笈掳鼓提嵩地基承载力，减少沉 降，维持构筑物的稳定。筋材中较为广泛应用的是土工会成材料。 2 4 在软主地基土修筑嵩速铁路静凡个主工 藤蘧 高速铁路对鼹基工殿沉降的要求极为严格，使得在软基上的筑路问题变 殛蜜墓鋈塞耋堡塞笙塞塞黑燕鎏塞鎏! 曼壅 褥辍为鬣杂，嗣时彀绘勘探、设计、施工等疑掰了驻大撬黢。裰蠢鞫蓊浅鬻 工程建竣承平，在较土蛾区骖建赢逮铁鼹疲将鬟注意解捩淡下足令鞠惩。 ( 1 逡簿会遗靛劾巍手段鸯技术途径 霆l 予态速铁路怒一辩缀囱建蕊貔，其鸯分蠢蔻鬻广，淤线媲震蘩襻变张 篾象黪耨瘗；骞舞大密泼豹链攥狂藏蓑壁黪试验，考姥获褥霹鼗静参数，避 移壤确骢设诗。麓j 避，藏采翅穗瓣较多熬鉴别魏避行营遮勘察，在邀蘩獭上， 稳之鞋镬怼鞍少媳技零张进糖详缎灏试，戳获