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随着我国交通建设的发展,在深厚软土地基上修建的高速公路、铁路与机场跑道越来越多,为了减小沉降,往往在软弱地基地段采用柔性桩复合地基加固措施,但由于长期循环荷载等因素的影响,工后沉降及桥头跳车现象仍很严重,目前,对于复合地基工后沉降的计算理论还不成熟,没有通用的计算方法,基于以上原因,本文采用室内水泥土桩复合地基模型试验和有限元相结合的方法来研究循环荷载下柔性桩复合地基变形性状。这对于建立和完善复合地基工后沉降的计算理论具有实际意义。 本文首先研制了油压式循环加载系统,规划了模型试验的研究方案,通过静力载荷试验确定了不同试验条件下复合地基的极限承载力。然后采用循环荷载作用下的室内模型试验,模拟交通荷载的作用,考虑垫层、加固层和下卧层三者相互作用,得到了循环荷载作用下水泥土桩复合地基的附加应力和孔隙水压力分布以及复合地基的桩土应力比随加荷周数、循环应力比及置换率的变化规律并且分析了循环应力比、置换率对桩身轴力和桩侧摩阻力的影响;另外通过研究不同加荷频率、固结状态、水泥掺入比、置换率、下卧层的复合地基在循环荷载作用下的变形特性,得出了循环荷载作用下复合地基存在临界循环应力比,且临界循环应力比受置换率和下卧层土质的影响较大。最后分析了循环应力比、加荷周数、置换率、下卧层土质以及固结状态和加荷频率等因素对柔性桩复合地基永久变形的影响。 根据模型试验的结果,考虑主要影响因素加荷周数、循环应力比和复合地基的置换率对沉降的影响,建立了一个比较合理的数学模型,分别推导出了N≤5和N>5两种情况预测循环荷载作用下的复合地基永久沉降的计算公式,并对理论公式的计算结果与实测结果进行了比较,结果表明该计算公式的计算结果与实测结果基本相符,从而为解决道路的工后沉降计算问题提供了一种初步的预测方法。 通过基于有效应力法的动力弹塑性有限元的方法研究了复合地基在循环荷载作用下的变形特性,分析了复合地基中土体弹性模量、土体泊松比、土体渗透系数以及桩体弹性模量等参数对复合地基表面永久沉降量和桩间土超孔隙水压力的影响,得出当软弱土层不是很厚时,为了使复合地基充分发挥作用,实际工程中应尽量使复合地基中的桩体支撑在较硬的土层上。