地下水位变化对高速铁路高架桥桩基础影响研究

论文摘要

高速铁路作为一种重要的交通方式,在我国经济社会发展中发挥至关重要的作用。为满足严格的工后沉降要求和节约土地资源,许多高铁线路大量地采用高架桥作为下部支撑结构。然而,由于气候变化和抽取地下水,我国多个地区地下水位不断下降,给高速铁路高架桥基础带来了严重问题,已有案例表明,地下水位下降将引起高铁高架桥桥墩发生较大沉降,其维修耗费大量人力物力。目前该方面研究还比较少,开展地下水位变化对高铁高架桥群桩基础的影响规律研究是十分必要的。本文通过开展离心模型试验和有限元数值模拟,系统研究了单桩和不同长度群桩在水位下降和水位循环升降工况下的变化特征。主要研究工作和相应研究结果如下:(1)开展水位连续下降工况的离心模型试验,研究了单桩和不同长度群桩在地下水位下降3次条件下的受力和沉降变化过程。结果表明,地下水位下降会引起地面和桩基础发生较大附加沉降,给高铁正常运营带来不利影响。(2)采用有限元方法对水位下降工况的离心试验进行了模拟,得到与试验测试结果相吻合的有限元模型。有限元结果表明,桩侧土体与桩基础的相对位移决定了桩侧摩阻力分布,地下水位下降,桩土相对位移增大,负摩阻力和下部正摩阻力均增大。距离桩基越近,土体沉降越小,群桩内部的中心桩周围土体沉降最小。(3)开展水位循环升降工况的离心模型试验,研究单桩和不同长度群桩在地下水位升降循环3次条件下的受力和沉降变化过程。试验结果表明,地下水位循环升降将导致地面和桩基础持续发生沉降,在第1个循环阶段沉降占总沉降比例分别超过80%和70%。长度越长的群桩基础,第1个循环阶段沉降比越低,即需要经过多次循环升降桩基附加沉降才会充分发展。水位回升时,长桩和地面将略微回弹,但整体上水位恢复,累计沉降不可恢复。(4)在地下水位升降循环作用下,桩基础轴力整体上呈现周期性变化,当水位恢复到上一位置时,桩基轴力部分回复到上一个状态。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 研究现状
•     1.2.1 地下水下降造成地面沉降及对高铁工程的影响
•     1.2.2 地下水变化对桩基础的影响
•     1.2.3 负摩阻力作用下桩基的变化规律
•   1.3 存在的问题
•   1.4 本文主要工作
• 2 离心模型试验案例模拟和分析
•   2.1 试验概况
•   2.2 试验分析
•     2.2.1 结果分析
•     2.2.2 试验分析
•   2.3 模拟步骤
•   2.4 有限元结果
•   2.5 本章小结
• 3 地下水变化对桩基础影响的离心模型试验
•   3.1 概述
•   3.2 ZJU400超重力离心机
•   3.3 试验方案
•     3.3.1 离心模型试验比尺关系
•     3.3.2 模型桩
•     3.3.3 模型土与孔压测量
•     3.3.4 位移测量
•     3.3.5 压入模型桩
•   3.4 水位控制系统
•   3.5 地下水位下降试验
•   3.6 本章小结
• 4 地下水位下降试验结果分析及有限元模拟
•   4.1 离心试验结果分析
•     4.1.1 孔压的变化
•     4.1.2 地下水下降对桩基轴力的影响
•     4.1.3 基桩位置的影响
•     4.1.4 地基和桩基沉降
•     4.1.5 有效应力法评价桩身轴力
•   4.2 有限元数值模拟建模
•     4.2.1 三维有限元模型的建立
•     4.2.2 土体与结构的基本物理参数
•     4.2.3 模拟步骤
•   4.3 数值模拟验证
•     4.3.1 土体有效应力验证
•     4.3.2 地面和桩基础沉降对比验证
•     4.3.3 桩基础轴力对比验证
•   4.4 数值模拟结果分析
•     4.4.1 土体沉降模式分析
•     4.4.2 桩-土相互作用分析
•     4.4.3 承台内力分析
•   4.5 本章小结
• 5 地下水位循环升降离心模型试验
•   5.1 概况
•   5.2 试验方案
•   5.3 试验结果分析
•     5.3.1 孔压变化
•     5.3.2 地基和桩基础沉降
•     5.3.3 桩基轴力变化
•   5.4 本章小结
• 6 考虑水位下降作用的桩基础设计
•   6.1 受循环荷载桩基础累积沉降模型
•   6.2 考虑水位下降作用的简化设计方法
•   6.3 案例计算
•   6.4 地下水下降对已建桥梁桩基础的累积沉降影响
•   6.5 本章小结
• 7 结论与展望
•   7.1 本文主要结论
•   7.2 进一步研究工作展望
• 参考文献
• 作者简历

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 付蕾

导师: 边学成

关键词: 高速铁路,高架桥基础,离心模型试验,地下水位下降,地下水位循环升降,负摩阻力,附加沉降,下拉荷载,地面沉降,桩土相互作用

来源: 浙江大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,公路与水路运输

单位: 浙江大学

分类号: P641.2;U443.15

DOI: 10.27461/d.cnki.gzjdx.2019.002425

总页数: 102

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