路堤荷载下水泥土搅拌桩加固饱和黄土地基沉降研究

ＴＵ４７２．３＋６；密级中團分类号：公开ＵＤＣ；本校编号：讀Ｗ义通乂肇硕±学位论文论文题目：路堤荷载下水泥上揽拌植加固饱和黄主地基沉降研究燕学号０２１２２８０研究生姓名：李：学校指导教师姓名：杨有海职称：教授申请学位等级工学硕壬专业；道路与铁道工程；２０１５．０４２０１５０６．论文提交日期：论支答辩曰期： 独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加Ｗ标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含获得兰州巧通大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名；签字日期：＾月日３＾＾＾学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解兰州交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权兰州巧通大学可将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用霞印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编供查阅和借阅。同意学校向国家有关部口或机构送交论文的复印件和磁蟲。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名导师签名；２：７＾签字日期；Ｗ／Ｔ年月／Ｊ：日签字日期年月朱 硕士学位论文路堤荷载下水泥土搅拌桩加固饱和黄土地基沉降研究ResearchonSettlementofSaturatedLoessCementMixingPileFoundationReinforcementunderEmbankmentLoad作者姓名：李淼学科、专业：道路与铁道工程学号：0212280指导教师：杨有海完成日期：2015.4兰州交通大学LanzhouJiaotongUniversity 兰州交通大学硕士学位论文摘要随着我国基础建设规模的不断扩大，黄土地区饱和黄土地基加固处理越来越受到工程界的重视。饱和黄土具有含水量高、压缩性高、流变性强等特点。由于饱和黄土地基的地下水位较浅或长期浸泡在地表水中，已失去湿陷性。因此在处理饱和黄土地基时，可将其看作软弱土地基来考虑。加固软土地基的方法有很多种，水泥土搅拌桩法是较为有效的方法之一。本文以兰州至中川机场铁路段饱和黄土地基处理为背景，采用水泥土搅拌桩复合地基加固处理饱和黄土地基。通过在复合地基中埋设单点沉降计，监测路基填筑过程中和填筑完成以后的地基沉降变形，研究路堤荷载下水泥土搅拌桩加固饱和黄土地基的沉降特性。得出以下主要结论：(1)按照设计采用水泥土搅拌桩法加固饱和黄土地基，其地基承载力和沉降量满足工程要求。为积累更多经验，在试验段采用3种不同水泥掺入量分别为12%、16%和20%，对比发现适当增加水泥掺入量可以明显减小复合地基的整体沉降量，效果显著。但是水泥掺入量也存在一个临界值，当掺量达到16%以后再继续增加水泥，复合地基沉降的控制效果提高不明显。(2)在路基填筑的过程中，随着填土高度的增加和时间的推进，水泥土搅拌桩复合地基沉降量逐渐增加。路基填筑期间地基沉降量变化较大，填筑完成后沉降曲线趋于平缓，地基的沉降主要发生在路基填筑过程中，其沉降量约占总沉降量的2/3。同一横断面随着路基填土高度的增加，地基沉降曲线规律基本一致，但沉降量有所不同，路基中心处的地基沉降量最大，越靠近地基边缘沉降值越小。(3)通过现场实测沉降数据，应用双曲线法、三点法和Asaoka法进行沉降值拟合并预测最终沉降值，对比三种方法的拟合效果，发现双曲线法的拟合精度最高，相关指数最大，拟合效果最好，相对误差最小，三点法次之，Asaoka法误差较大。针对本工程水泥土搅拌桩复合地基加固饱和黄土，最佳的沉降拟合预测模型为双曲线模型。(4)对比分析三种方法预测的最终沉降量，得出水泥掺入量为16%时，路基中心的预测最终沉降为113mm，线路左线中心的预测最终沉降为73mm。预测的最终沉降量可以为线路铺轨时间的确定提供一定的参考价值。(5)通过用FLAC3D数值模拟软件计算后发现，在路基填筑过程中，路基中心处的地基沉降量最大，越靠近地基边缘沉降量越小。将数值模拟结果与实测数据进行对比分析，得知模拟的地基沉降量比实测的地基沉降量大。在数值模拟中，水泥土搅拌桩复合-I- 路堤荷载下水泥土搅拌桩加固饱和黄土地基沉降研究地基随着水泥掺入量的增加，其地基沉降量逐渐减小，但是在实际工程中，水泥掺入量从16%增加到20%，地基沉降量几乎无变化，数值模拟与实测数据存在一定偏差。关键词：饱和黄土；水泥土搅拌桩；沉降特性；沉降预测论文类型：应用研究-II- 兰州交通大学硕士学位论文AbstractWithChineseinfrastructureconstructionscalewidelyexpanding,thesaturatedloess’sreinforcementisgettingmoreandmoreattentionofscholars.Saturatedloesshassomecharacteristicssuchashighwatercontent,highcompressibilityandrheology.Becauseoflocatinginthelowerplaceundergroundorsoakingunderthesurfacewaterforlongtime,thesaturatedloesshasnocollapsibility.Therefore,whendealingwithsaturatedloessfoundation,wecanregarditassoftfoundation.Thecementmixingpilefoundationisoneofthemosteffectivewaystoreinforcesoftground.Inthispaper,asthebackgroundofreinforcingloessfoundationfromLanzhoutoZhongchuanairportrailway,compositefoundationofsoilcementmixingpilesisappliedtoreinforcethesaturatedloess.Throughsettlementmetersofsinglepointareembeddedinthecompositefoundation,monitoringthesettlementdeformationoffoundationintheprogressofsubgradefillingandresearchingthesettlementcharacteristicsofcompositefoundationofsoilcementmixingpilesundertheunderembankmentload.Itisconcludedthatthefollowingmainresults:(1)Accordingtothedesignthatthesoilcementmixingpilesareappliedtoreinforcethesaturatedloess,thebearingcapacityoffoundationandsettlementmeettheengineeringdemand.Toaccumulatemoreexperience,intestsectionusingthreekindsofdifferentamountsofcementthatare12%,16%and12%respectively.Testsshowedthattheappropriateincreasingoftheamountofcementcanobviouslydecreasethesettlementofcompositefoundation.Cementmortarhasacriticalvalue,however,whentheamountofcementis16%,ifcementcontinuestobeincreased,settlementcontroleffectofcompositefoundationbecomesweakenedobviously.(2)Intheprocessofsubgradefilling,withtheincreasingoffillingheightandtime,thesettlementofsoil-cementmixingpilecompositefoundationisincreasedgradually.Duringthefillingofsubgrade,thechangeofsettlementofcompositefoundationisbigger,butthefillingisfinished,thesettlementbecomesmall.Settlementofsubgradefillingprocessistwo-thirdsofthetotalsettlement.Atthesamecrosssection,alongwiththeincreasingofheightofthesubgrade,thelawsofsettlingcurvearesimilar,butsettlementisdifferent.Thesettlementnearthecenterofsubgradeisthelargest.Theclosertotheedgeofthefoundationthesettlementissmaller.(3)Combinedwiththemeasuredsettlementdata,contrastingtheimitativeeffectsofhyperbolamethod,three-pointmethodandAsaokamethod.Testsshowedthattherelativeerrorofhyperbolamethodisminimum,andrelatedindexisthelargest,andfittingprecisionisthehighest,andimitativeeffectisthebest.Three-pointmethodispoorerthanhyperbola-III- 路堤荷载下水泥土搅拌桩加固饱和黄土地基沉降研究method.Asaokamethodistheworst.Forthisprojectthatsoilcementmixingpilesisappliedtothesaturatedloess,thesettlementofthebestfittingmodelisthehyperbolicmodel.(4)Comparedwiththefinalsettlementsofthethreekindsofmethods,itisconcludedthatthefinalsettlementofthesubgradecenteris113mm,andthefinalsettlementofthecenterofleftrailis73mmwhenthecementaddingamountwas16%.Thefinalsettlementofthesubgradecenteris148mm,andthefinalsettlementofthecenterofleftrailis71mmwhenthecementaddingamountwas20%.Thefinalsettlementcanprovidecertainreferencevaluetodeterminethetimeoflayingtracks.(5)AccordingtothenumericalsimulationanalysisandcalculationbyFLAC3D,intheprogressofsubgradefillingthesettlementnearthecenterofsubgradeisthelargestandtheclosertotheedgeofthefoundationthesettlementissmaller.Comparedthenumericalsimulationresultswiththemeasureddata,wecaninferthatthesettlementofthenumericalsimulationislargerthanthemeasuredsettlementoffoundation.Innumericalsimulation,whenthecementaddingamountincreases,thesettlementofsoil-cementmixingpilecompositefoundationdecreasesgradually.However,whenthecementaddingamountisincreasedfrom16%to20%inthepracticalengineering,thefoundationsettlementdoesnotincreaseratherthandecrease.Sosometimesthenumericalanalysishascertaindeviationwiththeactualengineeringsituation.KeyWords：SaturatedLoess；Cement-soilMixingPile；SettlementCharacteristics；SettlementPrediction-IV- 兰州交通大学硕士学位论文目录摘要...............................................................................................................................IAbstract................................................................................................................................III1绪论....................................................................................................................................11.1论文研究背景及意义..............................................................................................11.2水泥土搅拌桩加固饱和黄土地基研究现状...........................................................21.2.1水泥土搅拌桩概述.......................................................................................21.2.2水泥土搅拌桩发展历史...............................................................................21.2.3水泥土搅拌桩应用现状...............................................................................31.3水泥土搅拌桩复合地基沉降研究现状...................................................................51.4复合地基沉降预测研究现状..................................................................................61.5本文的主要工作.....................................................................................................72复合地基沉降计算与预测方法.........................................................................................92.1地基沉降机理.........................................................................................................92.2复合地基沉降计算...............................................................................................102.2.1加固区沉降量计算.....................................................................................102.2.2下卧层沉降量计算.....................................................................................132.3沉降预测方法.......................................................................................................152.3.1曲线拟合方法............................................................................................162.3.2系统理论方法............................................................................................222.4本章小结...............................................................................................................243路堤荷载下水泥土搅拌桩加固饱和黄土现场试验研究.................................................253.1工程概况...............................................................................................................253.1.1工程地质特征............................................................................................253.1.2水文地质特征............................................................................................263.1.3不良地质及特殊性岩土.............................................................................263.2试验段地基处理情况............................................................................................273.3试验内容与观测仪器布置....................................................................................293.3.1单点沉降计................................................................................................293.3.2单点沉降计的埋设.....................................................................................293.3.3单点沉降计监测频率.................................................................................333.3.4数据采集仪................................................................................................34-V- 路堤荷载下水泥土搅拌桩加固饱和黄土地基沉降研究3.4试验结果分析.......................................................................................................343.4.1断面Ⅰ与断面Ⅱ沉降数据分析..................................................................343.4.2断面Ⅲ与断面Ⅳ沉降数据分析..................................................................363.4.3断面Ⅴ与断面Ⅵ沉降数据分析..................................................................393.4.4水泥掺入量对地基沉降影响数据分析......................................................413.5本章小结...............................................................................................................454路堤荷载下水泥土搅拌桩复合地基沉降拟合预测.........................................................464.1沉降预测评估标准...............................................................................................464.2双曲线法沉降拟合预测........................................................................................474.3三点法沉降拟合预测............................................................................................494.4Asaoka法沉降拟合预测.......................................................................................504.5不同沉降拟合预测方法对比分析........................................................................524.5.15#点不同沉降拟合预测方法对比分析......................................................524.5.27#点不同沉降拟合预测方法对比分析......................................................534.5.39#点不同沉降拟合预测方法对比分析......................................................544.5.412#点不同沉降拟合预测方法对比分析.....................................................554.6本章小结...............................................................................................................565路堤荷载下水泥土搅拌桩复合地基沉降数值分析........................................................575.1数值分析概述.......................................................................................................575.2数值分析软件FLAC3D简介..............................................................................575.2.1基本原理....................................................................................................585.2.2本构模型....................................................................................................595.2.3接触面........................................................................................................595.2.4求解流程....................................................................................................615.3水泥土搅拌桩加固饱和黄土地基模型的建立.....................................................615.3.1建立模型....................................................................................................615.3.2选取参数....................................................................................................625.4结果分析...............................................................................................................635.5本章小结...............................................................................................................666结论与展望.....................................................................................................................676.1结论.......................................................................................................................676.2展望......................................................................................................................68-VI- 兰州交通大学硕士学位论文致谢.............................................................................................................................69参考文献.......................................................................................................................70攻读学位期间的研究成果..................................................................................................73-VII- 兰州交通大学硕士学位论文1绪论1.1论文研究背景及意义进入21世纪，随着国家西部大开发战略的实施和铁路高标准大规模建设的顺利开展，我国不断加大对西部地区铁路建设的投入，但西部的特殊黄土地基给铁路建设与安全运营带来了极大的困难。黄土可分为失陷性黄土和饱和黄土，对于湿陷性黄土，其湿陷性是由于黄土体遇水湿陷而整体或局部发生显著下沉。黄土的失陷变形一般突然发生，土体结构的承载力迅速下降，同时导致铁路路基发生不均匀变形，对安全运营造成很大威胁。但当地下水位较浅时，黄土中掺杂的可溶性盐逐渐溶解在水中，随着时间的积累黄土达到饱和状态，从而失去湿陷性，土体中饱和度大于80%，孔隙比大于0.8，[1]这样的黄土称作饱和黄土。饱和黄土地基承载力较低，土层压缩性较大且性质复杂，在铁路工程中不能满足地基承载力和沉降要求，需要进行地基处理，通常情况下可以把[2]饱和黄土地基当作一种软弱土地基来加固处理。本文依托兰州至中川机场铁路（简称中川铁路），在树屏镇李麻沙沟地区选取试验段，研究路堤荷载下水泥土搅拌桩复合地基加固处理饱和黄土地基的沉降特性，为同地区以后的工程建设积累一定的经验。试验段地质为典型饱和黄土，并含有少量有机质。选取实验段饱和黄土为研究目标，分析其物理力学特性。(1)含水量高。饱和黄土性质与软土类似，主要是由黏土颗粒与粉土颗粒等构成，由于当地为盐碱地，因此土体中含有少量的有机质。线路一侧为一条咸水河，且地下水位较浅，组成饱和黄土的矿物和有机质颗粒表面带有大量的负电荷，很容易在颗粒周围形成很厚的结合水膜，导致土体的含水量较高。。(2)压缩性高。与失陷性黄土的压缩性相比，饱和黄土的压缩性要大很多，其压缩-l模量大概在2.0~10.0MPa的范围内，压缩系数一般为0.20~0.50MPa。分析原因可能是湿陷性黄土中存在一定量的可溶性盐，在土体结构中起到骨架的作用，可与土颗粒一起分担上部荷载。但是，但地下水位较浅时，可溶性盐溶于地下水，在黄土不具有自重湿陷的情况下，土体的孔隙率变大。在上部荷载达到一定程度时，导致压缩性的明显增加。饱和黄土的压缩变形是原黄土湿陷性变形的一种变化形式。(3)抗剪强度较低。由于饱和黄土中有很高的含水量，使土颗粒之间的摩擦作用力减弱，在荷载作用下，土体承载能力减小，抗剪强度较低。除含水量外，饱和黄土的抗剪强度还与土体渗透性、压缩性和荷载的加载速率有关，渗透性越小，排水固结条件越差，压缩性越高，其抗剪强度越低。-1- 路堤荷载下水泥土搅拌桩加固饱和黄土地基沉降研究(4)灵敏度较高。灵敏度是用来表征土体固化凝聚力减弱程度的指标，饱和黄土中由于起骨架作用的可溶性盐溶解于水，土体强度严重减弱，其灵敏度较高，大概在5.6~7.5[3]之间。饱和黄土的高灵敏度增加了地基处理的难度。1.2水泥土搅拌桩加固饱和黄土地基研究现状1.2.1水泥土搅拌桩概述水泥土搅拌法通常是一种行之有效又比较节约成本的加固处理软土地基的方法。把水泥与粉煤灰当作固化剂，通过专业的搅拌器械，边下钻边喷射水泥浆液或者水泥粉体，使其与软土发生一系列的物理—化学反应，从而改变原状土的结构，在地基中逐渐被水泥固化，形成具有一定强度和稳定性的水泥土，进而达到加固地基的目的。其固化机理随着土质的不同而存在些许差异，对于饱和黄土，由于水泥掺量有限（8%~20%）且土颗粒含有一定的活性物质，水泥的水解和水化反应完全处于土颗粒包围之下，硬化速度比较缓慢，固化机理也比较复杂。水泥土搅拌桩加固软土地基具有最大限度利用原位土，搅拌时无噪声、无污染、无侧向挤土等优点。普通硅酸盐水泥水泥固化剂矿渣硅酸盐水泥火山灰掺料(粉煤灰、高炉矿渣等)固化材料减水剂：木质素磺酸钙外加剂速凝（早强）剂：三乙醇胺、氯化钠图1.1固化材料1.2.2水泥土搅拌桩发展历史搅拌桩的发展历史可追溯到1824年英国建筑工人Aspdin制造出来的波特兰水泥并取得专利，利用PC灌浆止水或利用PC与土拌合作为土木工程材料应用于工程建设，但主要是作为浅层处理，真正用于地基加固则始于1954年美国开发成功就地搅拌桩技[4]术，其后在日本、北欧得到成功实施并快速发展。1967年瑞典BPA公司的KLELDPAUS提出将生石灰粉与黏土原位搅拌的地基加固方法，这代表着粉体喷搅技术的诞生。1971年，瑞典的LINDEN-ALIMAT公司根据KLELDPAUS得到的结论，在施工现场第-2- 兰州交通大学硕士学位论文一次试验石灰桩，并取得了成功。1974年石灰桩加固处理地基技术申请专利，同时在工[5]程中正式应用。1967年，日本的运输部港湾技术研究所针对石灰桩技术，着手研究相[6]关的施工机械，并在获取专利的同时，开始在软土地基加固处理工程中进行应用。70年代后，水泥逐渐取代石灰，并发展成两种功法：粉喷搅拌法(干法)和浆喷搅拌法(湿法)，二者统称为水泥土搅拌桩。我国与1978年由冶金部建设研究总院与交通部水运规划设计院等研制出了第一台双轴中心管输浆的搅拌桩机械，1980年交通部第一航务工程局科研所等开发出了单轴搅拌叶片输浆型搅拌机，其后水泥土搅拌桩技术在全国得到了迅速推广应用。目前，水泥土搅拌桩以成为我国应用最为广泛的地基处理技术之一，特别是被广泛应用于高速公路工程中的软弱地基处理，来增加地基承载力、减小地基整体沉降和局部不均匀沉降、提高路堤稳定性。近十几年来，国内外都对水泥土搅拌桩技术进行了进一步的研究改进和完善。20[7]世纪90年代末，美国联邦公路局出版了关于全球深层搅拌法新进展的专著，并推出了[8][9]国家深层搅拌研究计划。日本近年来成功研制出了多种新的水泥土搅拌桩技术，包括直径达1.5~1.6m的大直径水泥土搅拌桩、高强度水泥土搅拌桩、紧凑型施工机械等。[10]瑞典GUNTHERetal.(2004)结合粉喷桩和湿喷桩的优点，提出了改进的粉喷桩法。[11]芬兰YIT建筑有限公司则开发出了整体搅拌加固技术，用于大面积浅层软土加固。国[12][13]内学者和工程单位从设计理论和施工技术等方面进行了大量研究，揭示了搅拌桩复合地基的破坏机理、有效加固深度、垫层的刚度效应、扰动影响规律等。近年还开发[14][15][16][17]出了长板—短桩工法、排水粉喷桩技术、双向搅拌桩技术和钉形搅拌桩技术，大大提高了我国搅拌桩技术水平。1.2.3水泥土搅拌桩应用现状[18]何开胜（2002）介绍了国内应用水泥土搅拌桩的可行性与危机性，指出了在搅拌喷浆过程中搅拌不均匀和成桩不连续问题，进而影响桩身承载力。通过归纳总结发现了施工过程中施工工艺不合要求、施工管理混乱等现象，并提出了改进办法，包括：修订完善水泥土搅拌桩规范、改进施工工艺、增加搅拌叶片数量、降低机械搅拌提升速度、增加喷浆次数、加强现场质量管理等。[19]刘和元，刘松玉（1999）通过现场试验，对超长水泥土搅拌桩复合地基性状进行研究，分析了搅拌桩桩身应力、超静孔隙水压力的分布和复合地基沉降变形。为类似工程的应用提供了参考价值。[20]席培胜，宫能和，储海岩等（2007）在杭浦高速公路软基处理过程中，提出应用双向水泥土搅拌桩技术，并取得了成功。解决了常规工艺中溢浆和搅拌不均匀的问题，使工效提高了一倍以上。-3- 路堤荷载下水泥土搅拌桩加固饱和黄土地基沉降研究[21]易耀林，刘松玉，赵玮，等（2010）对传统水泥土搅拌桩进行了改进，提出了变径双向水泥土搅拌桩施工技术。在水泥掺入量满足要求的前提下，变径双向搅拌技术既提高了水泥搅拌均匀性，又增加了水泥土搅拌桩的桩身强度，更好地满足了软弱地基的加固处理，具有广阔的前景。[22]朱志铎，刘松玉，席培胜等（2009）在沪苏浙高速公路试验段应用钉形水泥土双向搅拌桩处理软土地基。完成了水泥土芯样电阻率特性对比分析、标准贯入试验、芯样无侧限抗压强度试验、静载荷试验和地基沉降观测，分析结果发现与常规水泥土搅拌桩相比钉形水泥土双向搅拌桩成桩质量更优，其单桩承载力与单桩复合地基承载力都得到很大提高，且桩土应力比也相应增大。[23]马向军，刘义东，张央（2005）提出应用水泥土搅拌桩加固处理饱和黄土，通过静载荷试验检测地基整体承载力，结果发现其承载力不能达到设计要求，从而得出结论：水泥土搅拌桩能够加固黄土体，提高地基承载力，减小加固区沉降变形，但是不能消除湿陷性。[24]安芃芃，刘文晓等（2014）通过室内配合比试验，研究了应用水泥、粉煤灰等固化剂加固处理饱和黄土强度的影响因素。结果表明，水泥粉煤灰搅拌饱和黄土强度随养护龄期和水泥掺入比的加大而增强。同时探讨了外掺剂粉煤灰对水泥土无侧限抗压强度的影响，得出少量粉煤灰可以显著提高水泥土强度。[25]任新，杨有海（2014）依托兰中（兰州至中川机场）铁路建设项目，通过室内配合比试验研究了水泥搅拌饱和黄土强度的增长规律，发现水泥掺入量从12%增加到16%，水泥土强度得到很大提高，但当水泥掺量从16%增加到20%时，强度增长明显变缓，由此得出了水泥掺入量存在一个临界值。[26]吴鸿飞，张亚宾等（2014）研究了水泥粉煤灰搅拌饱和黄土中掺入尼龙纤维对其抗压强度的影响。结果表明掺加尼龙纤维能适当提高水泥土强度，而且随着尼龙纤维的长度与面积的增加而增长。[27]赵大同，岳建平等（2014）研究了应用水泥土搅拌桩加固饱和黄土在低温环境下的适用性问题，发现低温环境对水泥土强度影响很大。28天龄期时，在低温下的水泥土强度为标准养护下强度的三分之一；随着龄期的增长，低温养护水泥土强度增长较为缓慢，60天龄期时，强度仅为标准养护强度的26%。由此得出了寒冷的冬季（0℃以下）不适合水泥土搅拌桩的施工。[28]石浩男，唐庆尧，岳建平等（2014）通过室内试验成果总结发现了在冻融循环下，水泥土强度随着龄期与水泥掺入量的增加而增大，但与标准养护条件下的水泥土试块强度相比，冻融条件下的水泥土强度很低，仅为标准条件下强度的一半。-4- 兰州交通大学硕士学位论文[29]张学钢，鞠兴华，杨晓华（2010）通过现场试验得出了水泥粉煤灰搅拌桩加固处理饱和黄土效果显著，水泥粉煤灰的最佳掺入量为15%，配合比水泥∶粉煤灰=1∶2，既节约成本又具有很好的抗腐蚀性，同时满足单桩与复合地基承载力要求。1.3水泥土搅拌桩复合地基沉降研究现状地基是铁路建设的重要组成部分，是路基、轨道与列车荷载的承受者。当地基沉降过大，尤其是不均匀沉降过大时，往往威胁着铁路的安全运营。因此在饱和黄土这样的软弱土地基上进行工程建设，合理地控制地基沉降特别重要。在路基设计时应根据地质勘查资料计算理论上的地基总沉降量，以确定其是否满足铁路设计标准，对于不满足标准的地基，应进行地基处理，使其满足铁路的工后沉降要求。[30]费勤发，马海龙，洪毓康（1997）讨论了不同水泥掺入量、不同桩长对水泥土搅拌桩复合地基沉降的影响。当桩长小于13m时，桩长越长对沉降变形控制越有利，但当桩长大于13m时，桩长对复合地基沉降控制作用显著减小；当水泥掺入量a<15%时，w增加水泥掺量对水泥土搅拌桩加固地基的沉降控制作用明显，当a>15%时，水泥掺量w对复合地基的沉降控制显著降低。[31]张伟丽，蔡健，林奕禧等（2010）通过载荷试验和数值模拟，分析了垫层厚度对水泥土搅拌桩复合地基沉降的影响。设置垫层可以明显减小桩身沉降量，垫层厚度一般取20~40cm，过厚的垫层对复合地基承载力的提高作用很小，反而会加大沉降量。[32]章定文，刘松玉（2010）质疑了常规复合模量法，认为其忽略了桩土间的相互作aa用与群桩间的相互作用，计算所得沉降值往往偏小，并提出了E=(1)-+mEmE对spsp加固区复合模量进行修正。[33]曾芳金，魏超玉，王军（2004）针对频发的水泥土搅拌桩工程事故，认为搅拌桩复合地基沉降计算规范存在一定局限性。提出了“双层地基”模式模拟水泥土搅拌桩复合地基，并利用有限元计算其沉降，此法较为便捷、准确，但是也忽略了有效桩长的作用。[34]李永刚，赵春风，廖乾旭等（2012）为了分析路堤荷载下水泥土搅拌桩复合地基的沉降问题，提出了关于桩长的两种计算模型，分别为桩长小于临界桩长和桩长大于临界桩长，在一系列假定的前提下，推导出了这两种模型桩顶与桩间土的沉降计算公式。并与实际工程实测值进行对比，验证了该计算方法的合理性。[35]鞠兴华，赵丽娅，杨晓华（2014）通过理论计算、数值模拟和现场观测三种方式研究了水泥土搅拌桩加固饱和黄土的沉降特性，发现不同理论计算方法其结果误差很大，没有实际意义；数值模拟结果与实测数据相似，但是受到饱和黄土次固结沉降的影-5- 路堤荷载下水泥土搅拌桩加固饱和黄土地基沉降研究响，数值模拟值偏小。针对以上结果提出了要把实测数据与数值模拟结合起来，对水泥土搅拌桩复合地基进行最终的沉降预测。[36]陈甦，将玉军，魏琛宇等（2012）考虑了路堤荷载下桩身与桩周土非等应变条件以及群桩间相互作用、桩间土间相互作用、桩侧负摩阻力等条件的复合地基桩间土竖向变形模式，求得了复合地基桩间土沉降变形的理论计算公式，并依据其平均值推导出复合地基加固区沉降量。[37]李海芳（2004）在考虑桩土间相互作用的前提下，推导出了柔性荷载下复合地基的桩侧摩阻力与加固区桩间土的变形量计算公式，在此基础上得出了桩土应力比关系式。同时通过现场观测发现，桩顶处的沉降值比桩间土的沉降值略小，随着上部荷载的增加，地基会出现拱效应，受力由桩土共同承担转变成桩顶承受，桩土荷载分担比变大。1.4复合地基沉降预测研究现状为了保证铁路的安全建设与运营，确定铺轨时间，减小地基的工后沉降，需要对地基不同时刻的沉降值以及最终沉降值进行预测，特别是针对饱和黄土这样的软土地基，由于其特殊的性质，利用实测的沉降数据进行后期沉降的预测具有重要意义。当前最常用的沉降预测方法包括两种，即曲线拟合法和系统理论法。曲线拟合方法是把沉降值作为因变量，时间作为自变量，利用回归曲线进行拟合，主要包括：双曲线法、三点法、Asaoka法、指数曲线法等。系统理论方法主要有神经网络、灰色系统方法等。[38]刘射洪，袁聚云，赵昕(2014)对地基沉降预测模型进行理论研究，介绍了双曲线函数模型、指数函数模型、逻辑函数模型、星野模型以及Asaoka图解模型等。其中逻辑函数模型包括Logistic模型、Richards模型、Verhulst模型、Compertz模型、邓英尔模型、Usher模型、VonBertalanffy模型以及Spillman模型。[39]徐新跃(2003)针对软土地基弹性模量、泊松比等因素的不确定性，探讨了固结度对数配合法、双曲线型经验公式、泊松曲线预测法以及灰色系统理论对软土地基沉降的预测，并于现场实测数据进行对比，发现两者相对误差较小，预测精度较高，特别是灰色系统理论，在360天和415天时精度高达100%。[40]付贵海，魏丽敏(2011)利用Logistic模型和Gompertz模型对复合地基沉降全过程进行预测，发现初期预测误差较大，中后期误差很小，拟合效果良好，这两种模型适合复合地基沉降的全过程预测，但是也有其弊端，就是很难直接求解，要利用软件实现非线性拟合，再得出模型参数估计值。[41]潘翔(2013)分析了GM(1，1)与Verhulst两种灰色模型与Asaoka方程之间的联系，发现GM(1，1)模型与Asaoka法预测可以相互替换；当时变参数收敛时，Asaoka法与-6- 兰州交通大学硕士学位论文Verhulst灰色模型也可以相互替换。但这三种方法都有一定的局限性就是必须用于等时距沉降数据分析。[42]赵明华，刘煜，曹文贵(2004)基于S型沉降曲线和组合预测理念，提出变权重组合S型成长模型，结合有限的实测曲线，预测软土地基沉降的发生、发展过程及路基最终沉降。通过在实际中的应用，发现了变权组合模型的预测曲线与实测曲线基本吻合，相对误差很小，预测精度很高。[43]陆华，高全臣，吴浩等(2013)结合长短组合桩复合地基在工程中的实测沉降值，利用双曲线法和GM(1，1)灰色模型方法进行最终沉降预测，分析拟合预测结果发现了双曲线法的预测误差较大，GM(1，1)灰色模型预测精度较高，能够很好地预测软土地基中应用长短组合桩的最终沉降量。[44]王登浩(2008)在武广铁路客运专线沉降预测中应用扩展双曲线法对路基沉降进行拟合预测。结果表明路基填筑完成后的实测沉降值与预测沉降值比较接近，误差很小，相关系数较高；一般路基地段、桥梁墩台、涵洞和隧道的工后沉降量都较小，满足规范要求的工后沉降量。[45]陈善雄，王星运，许锡昌等(2010)结合了三点法与双曲线模型，提出了基于双曲线模型的三点法。并与普通双曲线法、三点法和泊松曲线法进行了对比分析，发现了新方法预测曲线与实测曲线较为吻合，预测误差小，预测精度高。[46]王丽琴，靳宝成，杨有海等(2008)依托兰武二线黄土路基的沉降观测，提出了似固结模型沉降预测方法，并与双曲线模型、指数模型、泊松模型等方法进行对比研究，发现新模型与双曲线模型沉降预测规律一致，且与实测曲线误差较小，沉降预测值较为可靠。似固结模型沉降预测方法在黄土路基工后沉降预测中具有广泛的适用性，为黄土地区铁路建设提供了一定的参考价值。1.5本文的主要工作近年来，在黄土地区饱和黄土地基的工程项目日益增多，采用水泥土搅拌桩进行饱和黄土地基处理的应用并不广泛，这方面的研究也相对较少且不深入，特别是关于铁路路堤下水泥土搅拌桩加固饱和黄土的沉降问题研究成果更少。本文依托中川铁路树屏镇饱和黄土地基沉降实测数据，采用现场测试、理论分析、沉降拟合预测和数值模拟等手段，重点分析研究了路堤荷载下水泥土搅拌桩加固处理饱和黄土地基的沉降问题。-7- 路堤荷载下水泥土搅拌桩加固饱和黄土地基沉降研究(1)调查现场的水文和地质情况，了解兰州树屏镇地区饱和黄土的成因与分布，掌握水泥土搅拌桩加固饱和黄土的施工工艺。在试验段搅拌桩完成3个月后埋设单点沉降计，监测地基的沉降变形。(2)在试验段采用12%、16%和20%三种不同的水泥掺入量的水泥土搅拌桩进行地基加固处理，通过沉降监测结果对比分析应用水泥土搅拌桩加固饱和黄土的可行性，探讨既要满足工程设计要求又要节约经济成本的最佳水泥掺入比。(3)通过现场实测地基沉降数据，应用双曲线法、三点法和Asaoka法对地基沉降进2行拟合与预测。采用相关指数r作为拟合指标，采用相对误差e作为精度指标，对比分析三种方法的拟合效果，并预测地基的最终沉降量，为确定铺轨时间提供一定的参考依据。(4)利用FLAC3D数值模拟软件对地基沉降进行模拟，探讨上部荷载逐级施加的情况下地基的沉降规律以及不同水泥掺入量对复合地基整体沉降的影响。-8- 兰州交通大学硕士学位论文2复合地基沉降计算与预测方法2.1地基沉降机理地基土体受上部荷载作用，发生的沉降变形主要包括两方面：一方面是土颗粒的压缩变形，土体本身在压力作用下同其他材料一样也会发生压缩与侧胀。另一方面是土体中空气与水分的排出，体积减小，发生沉降变形。当土体呈饱和状态时，在压力作用下，则只有水的排出。地基土体的沉降主要包括三个阶段，如图2.1。第一阶段，地基土体承受上部荷载的瞬间产生的沉降，即瞬时沉降Sd。瞬时沉降是指在加荷瞬间土体产生的剪切变形，由于土体中水分和空气来不及排出，所以瞬时沉降一般很小。针对饱和黄土，其土颗粒和孔隙水的变形接近于零，故瞬时沉降Sd可以不在考虑范畴之内。第二阶段为主固结沉降Sc。在上部荷载的施加下，孔隙水从土体中排出，土颗粒相互靠近，有效应力增加，土体体积逐渐压缩减小。这一部分的变形是土体压缩变形的主要部分。第三阶段为土体的次固结沉降Ss。次固结沉降是指地基在恒定的荷载作用下，地基土内的结合水随着时间的推移逐渐流动，使土体缓慢变形，在一般地质情况下次固结沉降也可以忽略不计。但由于饱和黄土中的结合水的存在和土体的高压缩性，次固结沉降应予以考虑。图2.1地基沉降的三个阶段柔性基础下的复合地基承载力由桩和桩间土共同承担，其沉降机理与天然地基也有所不同。其变形特性要受到很多因素的影响，例如桩土间的沉降差异、路基填土的拱效应、刚性垫层效应以及下卧层土体的支撑作用等。路基填土下的桩间土沉降量要比桩顶沉降量大，桩间土在上部荷载作用下逐渐下移，而桩体不动，因此在桩周会产生侧摩阻-9- 路堤荷载下水泥土搅拌桩加固饱和黄土地基沉降研究力阻止桩间土与桩顶间的不均匀沉降，桩间土上部的荷载会逐渐转移到桩顶顶面，减小桩间土上的应力，增大桩顶的应力，减小桩间土上部填土与桩顶上部填土之间的差异沉[47]降，直至趋近于零。2.2复合地基沉降计算水泥土搅拌桩复合地基的沉降计算包括理论计算和预测模型两种方法。目前工程中采用的沉降控制设计主要依靠复合地基的沉降理论计算，其中由搅拌桩加固区沉降量和[48]桩端下未加固下卧层沉降量两部分组成。如图2.2所示，h为水泥土搅拌桩复合地基加固区厚度，z-h为下卧层厚度，z为整体压缩层厚度，S1为加固区沉降量，S2为下卧层沉降量。由图可知在荷载作用下，水泥土搅拌桩复合地基沉降量S为加固区沉降量S1与下卧层沉降量S2之和。S=S1+S2(2.1)图2.2复合地基沉降2.2.1加固区沉降量计算加固区沉降计算方法主要介绍复合模量法、应力修正法和桩身压缩模量法。(1)复合模量法复合模量法是将水泥土搅拌桩复合地基加固范围内的桩体和桩间土体作为一个整体，选取复合模量E代表地基整体的压缩变形，之后用分层总和法计算地基土体的整cs-10- 兰州交通大学硕士学位论文体沉降变形量。在计算时把地基处理的土体从上到下划分成n层，每个土层求得一个复合压缩模量E，则地基整体沉降量S1的表达式为csinDPiSH1=åi(2.2)1Ecsi其中，DP——第i层复合土体附加应力增量(kPa)；iH——第i层复合土体的厚度(mm)。i水泥土搅拌桩复合地基加固区域内压缩模量E一般情况下通过加固面积加权平均cs法求得，即E=mE+-(1)mE(2.3)cspsss其中，E——桩体压缩模量(MPa)；psE——桩间土压缩模量(MPa)；ssm——复合地基面积置换率。[49]复合压缩模量也可以遵循弹性理论来计算，即4(v--v)KKGmm(1)pspssE=mE+(1)-+mE(2.4)cspsssKK+GéùmK+-(1)mKpssëûpsEpsEssEss其中，K=；K=；G=；pss2(1+-vv)(12)2(1+-vv)(12)2(1)+vppsssv——桩的泊松比；pv——桩间土的泊松比。s(2)应力修正法在水泥土搅拌桩复合地基加固区中，由于桩体的强度比桩间土强度高得多，因此复合地基的承受的荷载密度比桩顶承受的要小，但比桩间土承受的要大。采用应力修正法计算地基土体压缩变形时，应以桩间土的压缩模量为主，可以不考虑加固桩体的存在，之后与压缩模量计算法相似，根据分层总和法求得加固区土体变形量。水泥土搅拌桩复合地基加固区域内桩间土承受的荷载：PPP==m(2.5)ss1+-mn(1)其中，P——复合地基上平均荷载集度(kPa)；-11- 路堤荷载下水泥土搅拌桩加固饱和黄土地基沉降研究m——应力减小系数或应力修正系数；sn——复合地基桩土应力比；m——复合地基面积置换率。采用应力修正法求得的地基土体压缩变形量：nnDDPPsiiS11=ååHi==mmsHSiss(2.6)11EEsisi其中，DP——未加固地基在荷载p作用下第i层土上的附加应力增量(kPa)；iDP——复合地基中第i层桩间土的附加应力增量(kPa)；siS——未加固地基在荷载p作用下相应厚度内的压缩量(mm)。1s应力修正法求解公式简单且容易计算，但应力修正系数m的值不能准确得知。复合s地基置换率m值是由设计人员确定，但在桩土应力比n值如前面分析，其影响因素较多，很难选用合适值，特别是当桩土相对刚度较大时。另外，在设计计算中忽略增强体的存在将使计算值大于实际压缩量，故采用此法计算沉降量往往偏大。(3)桩身压缩模量法应力修正法是计算桩间土变形量，而桩身压缩模量法是通过计算桩身竖向变形和桩底刺入深度来确定加固区整体变形量。设桩底刺入深度为D，桩身竖向变形量为S，求p得复合地基加固区整体变形量S为：1SS=+D(2.7)1p在应用桩身压缩模量法求解复合地基变形时，需要知道桩体承担的荷载和桩身变形模量两个参数。水泥土搅拌桩桩身承受的荷载为：nPPP==m(2.8)pp1+-mn(1)其中，P——地基上部土体施加的均布荷载(kPa)；nm——应力集中系数，m=。pp1+-mn(1)假设桩侧摩阻力为均匀分布，则桩体压缩量为：mPP+pb0SL=(2.9)p2Ep-12- 兰州交通大学硕士学位论文其中，P——桩底端承力(kPa)；b0L——桩身长度(m)；E——桩身材料变形模量(MPa)。p同应力修正法一样，置换率m值是明确的，桩体应力比n值影响因素很多，很难选用合理值。另外，在桩身模量压缩法中，桩体刺入下卧层土中的刺入量很难计算。2.2.2下卧层沉降量计算加固区下卧层的总体变形量S2往往通过分层总和法计算，nnne-ea()P-DPP1i2ii21iiiS2=åHi==ååHHii(2.10)i=111++e11iii==11eEisiss+cici(-1)其中，e——根据第i分层的自重应力平均值P=，可以从土的压缩曲1i1i2线上得到相应孔隙比；s、s——第i分层土层底面处与顶面处的自重应力(kPa)；cici(-1)ss+cici(-1)e——根据第i分层的自重应力平均值与附加应力平均值2i2ss+zizi(-1)P=，可以从土的压缩曲线上得到相应孔隙比；2i2s、s——第i分层土层底面处与顶面处的附加应力(kPa)；zizi(-1)H——第i分层土的厚度(mm)；i-1a——第i分层土的压缩系数(MPa)；iE——第i分层土的压缩模量(MPa)。si在求解下卧层变形量S2的具体数值时，加固区传递下来的均布应力值不能准确计算，一般情况下可用下述方法计算。(1)应力扩散法假设地基上部填土转化成均布荷载为P，水泥土搅拌桩加固区的应力扩散角为β，则求得加固区底端对下卧层的荷载大小为Pb，如图2.3所示。BDPP=(2.11)b(B++2htanbb)(Dh2tan)其中，B——复合地基荷载作用宽度(m)；D——复合地基荷载作用长度(m)；-13- 路堤荷载下水泥土搅拌桩加固饱和黄土地基沉降研究h——复合地基加固厚度(m)。图2.3应力扩散法(2)等效实体法等效实体法是将复合地基加固区视为一个等效实体，作用在复合地基上的荷载直接传递到下卧层，如图2.4所示。在加固区周围受到土体的侧摩阻力，假设等效土体密度为f，那么下卧层上受到的荷载Pb可用下式计算：BDP-+(2B2)DhfP=(2.12)bBD其中，B、D、h与应力扩散法相同。图2.4等效实体法等效实体法的应用也有其局限性，侧摩阻力f的取值很难做到准确。若复合地基桩土相对刚对较大，f值的选取可能较小；若桩土刚度相对较小，桩侧摩阻力变化很大，f值的误差可能会很大。(3)改进的Geddes法-14- 兰州交通大学硕士学位论文改进Geddes法的整体思路是将导致下卧层沉降的竖向应力分成两部分，分别为桩身引起的应力和桩间土引起的应力，用Boussinesq法求的桩间土应力，用Geddes法求得桩顶应力，将两者叠加，计算出竖向总应力，之后选择分层总和法求得下卧层的总变形量S2。S.D.Geddes提出复合地基中的单桩受到集中力荷载Q，其对复合地基的影响可分成三部分，即桩端集中力Q、桩侧摩阻力Q和桩侧随深度呈线性递增的摩阻力Q，如prt图2.5所示。通过Mindlin应力解积分导出上述单桩集中力对应的应力计算公式，其竖向应力s表达式如下：zps=s++ss(2.13)zpz,Qpz,,QrtzQ图2.5单桩荷载分解为三种形式荷载的组合复合地基是由群桩与桩间土构成，群桩的竖向应力可对n根单桩应力求和。因此地基承受的附加总应力可由桩体应力P和桩间土应力P求和得到，见公式(2.14)，之后可ps用分层总和法求加固区下卧层的整体压缩变形量。nsz=å()sz,Qip+sz,,Qrtii++sszQzs(2.14)i=1改进的Geddes法计算下卧层沉降量主要受两个因素的影响，分别为荷载分担比的确定和桩侧摩阻力的分布，这两个因素的估计不当会对沉降的计算造成很大误差。2.3沉降预测方法随着国内铁路等级和列车速度的提高，路基工后沉降的等级要求也越来越严格。根据前期监测的大量地基沉降数据，预测其最终沉降具有重要意义。常用的沉降预测方法有曲线拟合方法和系统理论方法。曲线拟合法是把沉降值当作时间的函数，利用回归曲-15- 路堤荷载下水泥土搅拌桩加固饱和黄土地基沉降研究线进行拟合，例如双曲线法、拓展双曲线法、固结度对数配合法、Asaoka法、沉降速率法等。系统理论方法主要有神经网络、灰色系统方法等。2.3.1曲线拟合方法(1)双曲线法假定地基任一时刻的沉降量S随时间t的发展过程满足双曲线模型，如图2.6所示。tS随时间t的变化可用式(2.15)表示。ttt-0SS=+(2.15)t0ab+-()tt0其中，S——初期地基沉降量(mm)，也就是t=0时刻的沉降量；0S——t时刻的沉降量(mm)；tt——起点时间，为了沉降预测准确，一般取路基填筑完成时间；0a,b——实测曲线经过线性回归求得的系数。根据实测沉降数据绘制(t--t)/()SS与tt-的关系图，如图2.7所示，通过绘制00t0直线与横轴的交点得截距a，与横轴夹角的正弦值得斜率b，再依下式计算任一时刻的地基变形量S和最终沉降量S。t¥tt-0=ab+-()tt(2.16)0SS-t01SS=+(2.17)¥0b图2.6双曲线法推算沉降示意图图2.7α、β求法-16- 兰州交通大学硕士学位论文应用双曲线法进行选点时，宜选用沉降曲线稳定段。此外，有不少学者在双曲线法[50]的基础上进行了改进，提出了一些新的双曲线模型，例如宰金眠等提出了泊松比双曲[51][52]线模型，许永明等提出了修正双曲线模型，邵光辉提出了复合双曲线模型。(2)拓展双曲线法拓展双曲线法基于双曲线法，应用拓展双曲线法时假设荷载增量、加载量变化很小，任一时刻变形量S随时间t的变化如下式：ttS=x(2.18)tab+tx=ss/(2.19)max其中，t——路基填筑开始以来时间(天)；S——t时刻的沉降量(mm)；ts——t时刻的荷载(kPa)；s——设计最大荷载(kPa)。max利用直线的斜率计算出地基的最大沉降量Sb=1/。max拓展双曲线法与传统双曲线法类似，但不同之处是拓展双曲线考虑了路基填筑期间的地基沉降观测数据，可以计算任意荷载下地基的沉降。(3)三点法应用三点法计算任意时刻沉降量S随时间t的变化可用下式表示：t--bbttS=S(1)-+aaeSe(2.20)td¥其中，S——瞬时沉降量(mm)；dS——最终沉降量(mm)；¥a,b——实测曲线经过线性回归求得的系数。从实测沉降数据中挑选路基填筑完成后的三个时间点t、t、t，使t-t=-tt，1232132并且要求tt-和tt-尽量大，同时t最好取在S-t曲线的末端，如图2.8所示。21323由土力学中太沙基固结理论可知，固结度可用下式表述：-btSStd-Ue=1-=a(2.21)tSS-¥d进而推导地基最终沉降量，-17- 路堤荷载下水泥土搅拌桩加固饱和黄土地基沉降研究S(S-S)--S()SS321232S=(2.22)¥(S-S)--()SS2132另外可求得，1SS-21b=ln(2.23)t--tSS21322a一般采用理论值8/p，则S值可用下式求得，dS--Se(1)a-bt11¥S=(2.24)dae-bt1根据实测数据求的a、b、S和S后，利用式(2.20)求的任一时刻的S值。¥dt图2.8三点法推算沉降示意图(4)Asaoka法应用Asaoka法计算任一时刻变形量S与时间t的关系式如下：ttt-0S=S--(SS)exp()(2.25)t¥¥0a1在一维条件下，根据体积应变求得的固结方程可以推导出式(2.25)，若用积分形式表示，那么沉降量为HS=e(t,)zdz(2.26)tò0其中，e(tz,)——竖向应变。[53]Asaoka(1978)解出地基沉降量S用微分方程形式表示为-18- 兰州交通大学硕士学位论文2ndSdSdSS+c+c+L+=cC(2.27)122nndtdtdt取一阶方程进行沉降预测，dSS+=cC(2.28)1dt对式(2.28)离散化，可以得到：S=bb+³Si(1)(2.29)ii011-其中，bb,——待定常数；01S——实测沉降值(mm)，i=1,2,3,…,n。i为了预测准确，取相同时间间隔的沉降观测序列{S,,,SSL}，作SS-拟合直线，12nii-1如图2.9和图2.10所示。图2.9Asaoka法图解示意图图2.10分级加荷的Asaoka法示意图由上图求出截距b和斜率b，进而求出最终沉降值。01b0S=(2.30)¥1-b15a=-(2.31)1lnb1(5)指数曲线法-19- 路堤荷载下水泥土搅拌桩加固饱和黄土地基沉降研究当沉降实测曲线存在拐点，且拐点以后曲线呈指数形式延伸时，可以采用指数曲线法进行沉降预测，如图2.11所示。图2.11指数曲线法推算沉降示意图任一时刻沉降量S随时间t的变化可用下式表示：ttt-0-hS=S--(SS)e(2.32)t¥¥0变换形式后得到DS1S-St¥00ln=-t++(ln)(2.33)mDthhh其中，h——待定系数；t——与Dt对应的中点时间(d)。mDSSSt-1¥00由实测的ln和t作拟合直线，求得其截距(ln)+和斜率-，再将二者mDthhh联立，求待定系数解h和最终沉降量S，利用式(2.32)计算任一时刻的沉降量S。¥t(6)星野法太沙基固结理论中固结度的表达式为¥u0-ut()2-MT2Ue==-1åvt2(2.34)uM0m=1由上式可以发现，固结度U只与时间因素T有关，而T用下式表示：vv2T=CtH/(2.35)vv-20- 兰州交通大学硕士学位论文由固结度时间平方根法可知，当U<60%时，上式可整理为UT=4/p(2.36)v综上所述，固结度与时间的平方成正比，星野依据现场实测沉降值证实了固结度U是时间平方的函数。任一时刻沉降量S随时间t的变化可用下式表示：tAKtt-0S=(2.37)t21+-K()tt0总沉降量为AKtt-0S=S+SS=+(2.38)00t21+-K()tt0其中，S——地基总沉降量(mm)；S——随时间变化的地基沉降量(mm)；tS——假定的瞬时沉降量(mm)；0AK,——待定系数；t——假定瞬时沉降发生时的时间(d)；0t——经过的时间(d)。图2.12星野法参数A、K的确定将式(2.38)变换形式为tt-110=+-()tt(2.39)22220()S-SAKA0-21- 路堤荷载下水泥土搅拌桩加固饱和黄土地基沉降研究22其中，1/AK——直线的截距；21/A——直线的斜率。确定参数A、K的数值时，选择几组假定的(tS,)和实测沉降值组成曲线图，如图002.12所示。从图形中确定合适的假定线，计算参数A、K值，带入式(2.38)中，求解任一时刻t的地基沉降量S，若t趋近于无穷，则S=+SA。t¥00星野法只适用于荷载瞬时施加情况下的沉降曲线。2.3.2系统理论方法常用的系统理论沉降预测方法有灰色系统理论方法和神经网络方法等。(1)灰色系统理论邓聚龙教授在1982年创立了灰色系统理论，经过三十年的研究探索，现已发展成一门独立结构体系，在诸多领域得到了广泛的应用。利用灰色系统预测沉降是该理论的重要组成部分。在地基沉降预测中，应用最为广泛的灰色模型是灰色GM(1,1)模型，但[55]是该模型应用较为严格，要求时序数据平稳变化。(0)(0)(0)(0)设éxù=éùx,xx,,Ln为原始实测沉降数据列，其所对应的时间序列为ëûëû12(1)(1)(1)(1)t=[t12,tt,,Ln]，该数列的进行一次累加得到éëxùû=éùëûx12,xx,,Ln，且满足k(1)(0)(1)xxkm=å，对xi建立白化形式的微分方程：m=1(1)dx(1)+=dxu(2.40)dt方程的解为：^(1)éù(0)uu-akx=xe-+(2.41)k+11êúëûaa^(1)^(1)^(1)^(1)然后确定kn=-1,2,3,L,1时的值x,x,xx,...,，进而得还原数列:234n(0)^^(1)^(1)x=x-=x,kn2,3,...,。kkk-1根据最小二乘法，有TT-1T[a,b]=()BBBYn(2.42)其中，-22- 兰州交通大学硕士学位论文éù1(1)(1)-+éùxx1êúëû212êúêú1éù(1)(1)-+xx1B=êú2ëû32(2.43)êúMMêúêú1(1)(1)êú-+éùxx1ëûnn-1ëû2T(0)(0)(0)Ynn=(x23,xx,....,)(2.44)将参数a，b代入式(2.41)，可得a^(1)bxti(+=1)(2.45)éùa-at11++eêú(0)ëûbx1(2)人工神经网络人工神经网络在上世纪40年代提出，是一门集多种现代科学技术为一体的实用性科学技术。它是在处理人类信息中综合了现代神经生物学和认知科学两门科学技术的基础上提出来的，由许多处理单元广泛联合组成的网络。在系统辨识建模、沉降过程监测和故障诊断等诸多领域都得到了广泛的应用。在地基沉降预测应用中，主要是建立人工神经元模型进行计算。结合生物神经元的结构原理和认知科学，构造一个人工神经元模型。人工神经元是人工神经网络的基本组成单元，也可以把它看成是一个多数据输入但只有单输出的非线T性阈值器件。定义p=[p,p,pp,,L]用以代表不同神经元的轴突输出，也就是该神123n经元的输入向量。定义w=[w,w,ww,,L]表示不同神经元与该神经元R个突触的连接123n强度，也就是权值向量，其每个元素的数值不固定，正值代表兴奋性突触，负值代表抑n制性突触。q为人工神经元模型的阈值，若神经元输入向量的总和åwpii大于q，则该i=1神经元被激活，因此输入向量的总和也称为激活值。f指代人工神经元中信号进入与信号流动的函数，也就是传输函数。当激活值越大时，代表神经元的膜电位加权和越大，该神经元越兴奋，其散发的脉冲数越多，所以传输函数通常情况下为单调递增函数。但基于神经元发放的脉冲数是有限的，激活值也是一个有限值函数。神经元的输出可以用下式表示：-23- 路堤荷载下水泥土搅拌桩加固饱和黄土地基沉降研究na=-f()åwpiiq(2.46)i=1[56]综上所述，建立人工神经元模型应用了生物神经元的基本功能。2.4本章小结本章对地基的沉降机理以及复合地基的承载力和沉降特性进行了简单的介绍，并在此基础上详细地阐述了复合地基加固区和下卧层的沉降计算方法。为了避免路基发生不均匀沉降，需要较为准确地预测复合地基的最终沉降，本章重点介绍了双曲线法、Asaoka法和灰色系统理论等沉降预测方法。-24- 兰州交通大学硕士学位论文3路堤荷载下水泥土搅拌桩加固饱和黄土现场试验研究3.1工程概况本文依托兰州至中川铁路，工程全长63.136公里。按照设计为双线电气化Ⅰ级铁路，速度为160公里/小时以上。自兰州西客站引出，途径西津西路、西固城、永登县树屏镇，行至中川机场。在中川铁路选取600m作为试验段进行研究，里程为DK48+430~DK49+030，该段位于兰州市永登县树屏镇，工点区西侧有机场高速及S201省道，交通便利，该路段位于李麻沙沟阶地区，地貌属于李麻沙沟阶地区，地势平坦宽阔，相对高差约13m，线路左侧为咸水河，河岸距离线路左侧坡脚约10.0m。3.1.1工程地质特征根据地质调查、钻孔等资料，工程涉及的主要地层为：第四系全新统人工填筑土、冲击砂质黄土、粉砂、细砂、中砂、粗砂、砾砂及细圆砾土，第三系中心统泥岩夹砂岩，其工程地质特征描述如下：(1)第四系全新统1)人工填筑土分布于表层，主要为既有公路及人工填筑土坝等，厚度约1~3m，成分以砂质黄土为主，硬塑，Ⅱ级普通土。2)砂质黄土：主要分布于工点表层，厚度9~17m。浅黄色，土质较均一，潮湿~饱和。饱和为主，稍密，Ⅱ级普通土，潮湿s=100kPa，饱和s=43~62kPa。oo3)粉砂：分布于黄土层以下，呈透镜状分布，厚度0.5~2m，淡黄色。成分以石英、长石为主，砂质不纯，粉、黏粒含量较高，稍密，饱和，Ⅰ级松土，s=90kPa。o4)细砂：分布于黄土层以下，呈层状分布，厚度0.5~8.5m。淡黄色，成分以石英、长石为主，砂质不纯，粉、黏粒含量较高，稍密，饱和，Ⅰ级松土，s=150kPa。o5)中砂：分布于黄土层以下，呈透镜状分布，厚度0~1m。灰褐色，成分以石英、长石为主，砂质较纯，稍密，饱和，Ⅰ级松土，s=180kPa。o6)粗砂：分布于黄土层以下，呈层状分布，厚度1~8m。红褐红色、浅黄色，成分以石英、长石为主，含大量粉、黏粒，稍密~中密，饱和，Ⅰ级松土，s=200kPa。o7)砾砂：分布于黄土层以下，呈层状分布，厚度2~7m。浅黄色，成分以石英、长石为主，砂质较纯，稍密，饱和，Ⅰ级松土，s=250kPa。o-25- 路堤荷载下水泥土搅拌桩加固饱和黄土地基沉降研究8)细圆砾土：主要分布于砂层下部，呈透镜状。厚度2~4m。浅黄色，砾石成分以砂岩、石英岩等为主。颗粒呈圆棱状，分选性一般，饱和，中密。Ⅱ级普通土，s=400kPa。o(2)第三系中心统泥岩夹砂岩：泥岩，棕红色，主要成分为粘土矿物，泥质胶结，成岩作用差，岩质较软，层状构造；砂岩，棕红色，青灰~灰白色，主要矿物成分为石英、长石，泥质胶结，成岩作用差，岩质较硬，层状构造。强风化Ⅲ级硬土，s=300kPa。弱风化Ⅴ级o软石，s=400kPa。o3.1.2水文地质特征试验段范围内地表水主要为碱沟水，水量较小。据钻孔DZ-832附近地表水水质分析报告，地表水对混凝土结构具有硫酸盐，氯盐侵蚀性，环境作用等级分别为H2、L1。3工点处咸水河Q=171.7m/s，DK48+400处H=1793.5m，V=1.44m/s，DK48+900处H=1798.66m，V=1.36m/s。DK49+500处H=1803.75m，V=1.70m/s。地下水为第四系潜水，水位埋深2~10m。据钻孔DZ-832水质分析报告，地下水对混凝土结构具有硫酸盐、氯盐侵蚀性，环境作用等级分别为H2、L1。3.1.3不良地质及特殊性岩土(1)不良地质不良地质主要为地震液化：工点区李麻沙沟和谷阶地段内地下水水位至15m深度范围内砂质黄土及粉、细砂层可按地震液化土考虑。(2)特殊岩土主要为膨胀岩、湿陷性黄土、松软土、饱和黄土。1)工点区第三系泥岩具弱膨胀性；2)湿陷性黄土：工点区第四系冲击砂质黄土、冲积黏质黄土具Ⅰ级自重湿陷性，湿陷深度2~6m。3)松软土：根据静力触探成果，工点区表层砂质黄土p£3MPa为松软土。s4)根据静力触探成果及土工试验报告分析，工点分为内均分布有饱和黄土。硬壳厚度：0.5~1.5m；软弱层厚度：3.0~6.5m；天然含水率r=23%~33%；孔隙比：0.6~0.9；-1压缩系数：0.2~0.5MPa；静探贯入阻力p=0.34~0.51MPa；岩性：砂质黄土。经统计，s贯入阻力多为336~505kPa，基本承载力43~62kPa。-26- 兰州交通大学硕士学位论文3.2试验段地基处理情况[57]依据《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2012和《铁路路基设计规范》[58]TB10001-2005，在DK48+430~DK49+030地段采用水泥土搅拌桩加固处理，水泥土搅拌桩平面按照三角形布置，直径为0.5m，桩长为8m，间距为1.3m；DK48+430~DK48+630段，水泥掺入量为被加固湿土的12%；DK48+630~DK48+830段，水泥掺入量为被加固湿土的20%；DK48+830~DK49+030段，水泥掺入量为被加固湿土的16%。搅拌桩采用42.5#普通硅酸盐水泥和粉煤灰作为胶凝材料。其处理范围为路堤坡脚外2m。水泥土搅拌桩顶面与填土之间设置50cm厚的碎石垫层，垫层内铺设一层双向土工格栅。垫层碾压满足地基系数K³130MPa/m；土工格栅应用双向PET聚酯土工格栅，30网格大小在80~120mm之间，宽度大于5m，其屈服抗拉强度³80kN/m，伸长率£8%，焊点极限剥离力³100kN。水泥土搅拌桩施工情况如图3.1~图3.5。图3.1搅拌桩机械-27- 路堤荷载下水泥土搅拌桩加固饱和黄土地基沉降研究图3.2水泥土搅拌桩图3.3水泥土搅拌桩图3.4铺设碎石垫层与土工格栅图3.5路基填筑-28- 兰州交通大学硕士学位论文3.3试验内容与观测仪器布置利用单点沉降计采集路基填筑过程中与填筑完成后的地基沉降量。3.3.1单点沉降计本文应用JMDL-4730A智能记忆型数码单点沉降计，其主要工作部件包括变形传感器、测杆、锚头、法兰盘等，量程等详细参数见表3.1。单点沉降计的主要工作原理是通过变形传感器监测地基的压缩变形量，在锚头打入基岩后，法兰沉降盘埋设在拟监测的地基表面，当地基受上部填土荷载作用发生沉降变形时，法兰盘随之下沉，而基岩中锚头不动，埋设在地基中的变形传感器记录法兰盘的下沉量，也就是地基的沉降值，之后通过特定的测试仪读出单点沉降计的读数，达到沉降观测的目的。单点沉降计安装采用钻孔预埋方式，即在拟观测处钻孔埋设于地基土体内。可以广泛应用于各种地基压缩沉降测量和边坡位移变形监测。图3.6MDL-4730A型单点沉降计表3.1单点沉降计技术参数指标品名型号特点量程灵敏度备注单点沉降计JMDL-4730A智能记忆型300mm0.05mm3.3.2单点沉降计的埋设(1)埋设时间与位置-29- 路堤荷载下水泥土搅拌桩加固饱和黄土地基沉降研究在线路的中心处，利用全站仪进行测量以确定好变形观测位置，待水泥土搅拌桩复合地基完成，碎石垫层铺设后，路基填筑前，随着钻机架设完毕，进行钻孔埋设安装单点沉降计。试验段长600m，每200m选择不同水泥掺合比，分别为12%、16%和20%。不同水泥掺合比下埋设4组单点沉降计，由于铁路为双线铁路，因此安排在路基中心线2组，左线中心2组。布置图如图3.7、图3.8。图3.7单点沉降计位置布设图图3.8单点沉降计布置平面图-30- 兰州交通大学硕士学位论文水泥掺入量为12%时，选择两个断面：DK48+500为断面Ⅰ，路基中心处为1#单点沉降计，左线中心为3#单点沉降计；DK48+520为断面Ⅱ，路基中心处为2#单点沉降计，左线中心为4#单点沉降计。水泥掺入量为20%时，选择两个断面：DK48+700为断面Ⅲ，路基中心处为5#单点沉降计，左线中心为7#单点沉降计；DK48+720为断面Ⅳ，路基中心处为6#单点沉降计，左线中心为8#单点沉降计。水泥掺入量为16%时，选择两个断面：DK48+900为断面Ⅴ，路基中心处为9#单点沉降计，左线中心为11#单点沉降计；DK48+920为断面Ⅵ，路基中心处为10#单点沉降计，左线中心为12#单点沉降计。具体布置如图3.8。(2)埋设方法及步骤1)钻孔：在测点位置进行准确测量放样，找准复合地基桩间形心处，随即进行钻孔，钻杆直径为108mm，钻孔完成后用铅垂放线，确保钻孔保持垂直。为使沉降监测准确，锚头一端应固定不动，孔深应穿过饱和黄土层等软弱土层，深入基岩0.5m。在钻孔完成且单点沉降计埋设前确保无塌孔、缩孔现象。在里程DK48+900处，软弱土层较厚，钻孔深度达到20m才到基岩，为了确保顺利埋设，制作了5m直径为110mm的PVC套从地基表面向下深入埋设。2)探孔：预估钻孔深度，选择比孔深长3m的麻绳绑扎在与锚头连接的PVC管上，防止锚头与测杆掉进孔洞，之后把锚头与两根测杆连接好，将锚头向下缓缓放进孔洞内，一人在旁控制住麻绳，若锚头没有到底部，应加长测杆，直到锚头固定到基岩，确定实际孔深。3)安装单点沉降计：为了保证测量准确和更好地保护单点沉降计主体，要求法兰沉降盘应安装与地基基础面以下0.1~0.2m，因此在探孔、确定好孔深后，所需测杆总长应采用不同长度的测杆来配置。所需测杆总长=实际孔深－1.4m（沉降计主体拉伸总长）－（0.1~0.2）m。在确定好所需测杆后，将锚头、测杆与沉降主体连接好、安装至孔内且锚头至基岩。4)注浆：为了保证测量结果的准确性，底端锚头必须固定不动，其最好的办法就是进行注浆固定。浆液中水灰比为1∶1，将注浆管深入底部进行注浆，保证浆液层至少为1m。5)安装沉降盘：注浆完成后需要安装法兰盘，把孔口直径扩大至法兰盘直径，将位移计拉伸至满量程，用等径接头连接好位移计与法兰盘杆。通过综合测试仪预读沉降计数值，调整法兰盘高度，使沉降计初值大小在270mm~280mm之间，固定法兰盘。-31- 路堤荷载下水泥土搅拌桩加固饱和黄土地基沉降研究6)灌砂：待法兰盘安装完成两小时后，往孔洞内回填粗砂，为了保证回填砂的密实度，应缓慢灌砂，并用钢管进行捣实。当粗砂填至法兰盘下80mm左右时，改灌混凝土并将法兰盘覆盖。2小时后将挖开的碎石垫层填回，并做好标志，防止震动压路机的震动碾压对沉降计造成伤害，同时密切注意沉降计读数，待稳定后记录作为初始读数。7)保护：单点沉降计的成功埋设只是第一步，其传输电缆的保护是沉降测读的关键所在。为了保护缆线不被垫层的碎石割断，选择直径为20mm的PVC钢丝波纹管套在缆线上，并在地基边缘挖坑遮盖。8)数据记录、整理与存档：作好单点沉降计安装记录，存档。其内容包括，该段面里程、单点沉降计埋设的具体位置、埋设锚头深度、实验编号、单点沉降计编号、埋设安装日期、天气状况及安装人员。在后续的沉降数据读取时，均应采用手动记录与综合测试仪存储双重记录，并对沉降数值及时分析，如出现沉降量突变，因及时加测。每一次测量数据都必须编号存档。埋设过程如图3.9。钻孔成孔安装连接杆注浆灌砂固定-32- 兰州交通大学硕士学位论文安装法兰沉降盘回填埋设图3.9单点沉降计埋设过程3.3.3单点沉降计监测频率路基施工各阶段地基沉降观测频率应满足表3.2。表3.2单点沉降计测量频率观测阶段观测条件观测频率一般1次/天路基填筑阶段沉降量突变2～3次/天两次填筑间隔时间较长1次/2天第1个月2次/周第2、3个月1次/周路基施工完毕3个月以后1次/2周6个月以后1次/月第1个月1次/2周铺轨后第2、3个月1次/月3～12个月1次/3月-33- 路堤荷载下水泥土搅拌桩加固饱和黄土地基沉降研究3.3.4数据采集仪本文应用JMZX-3001型便携式智能综合测试仪进行单点沉降计读数的采集。其测量范围的振弦频率在600Hz～3000Hz之间，测量精度为0.1%±0.1Hz，能够直接测量单点沉降计位移变化且自动存储。图3.10综合测试仪3.4试验结果分析3.4.1断面Ⅰ与断面Ⅱ沉降数据分析断面Ⅰ与断面Ⅱ水泥土搅拌桩复合地基沉降通过单点沉降计进行测量，并结合路基填筑过程进行分析。2014年7月13日开始路基填筑，7月底填筑到2.5m，由于拆迁征地等施工原因，路基填筑进入间歇期，为期3个半月，11月中旬继续施工，到12月中旬路基填筑完成，为期5个月。截至2015年3月7日，其地基沉降量与填土高度和时间的关系曲线图如图3.11、3.12所示。从图3.11、图3.12可以看出，随着时间和施工进度的推进，复合地基沉降量逐渐增加。路基填筑过程中，复合地基沉降量变化较大，施工间歇期和施工完成后地基沉降较为稳定，由此可见水泥土搅拌桩复合地基施工过程中整体性良好。分析路基中心处的地基沉降，两个断面路基填筑期沉降的变化相差很大。1#点在路基填筑期，地基沉降量显著增加，在施工间歇期和路基填筑完成以后沉降变形很小；而2#点在路基开始填筑时缓慢下沉，随着路基的填筑，地基沉降较大，停工期间，地基沉降趋于稳定，随着路基的继续填筑，沉降量显著增大，施工完成后的一段时间内，沉降曲线已明显变缓。在路基施工完成后，两个断面的沉降曲线趋于平缓，沉降量近似相等。截至2015年3月7日-34- 兰州交通大学硕士学位论文1#点的沉降量为162.8mm，2#点的沉降量为164.6mm，仅仅相差1.8mm，两个断面的沉降规律一致。8060/dm40度200填土高-207-137-318-189-59-2310-1110-2911-1612-412-221-91-272-143-4-40日期/月-日-60-80填土高度/dm/mm-1001#累积沉降/mm-1202#累积沉降/mm-140累计沉降-160-180图3.11Ⅰ、Ⅱ断面路基中心处地基时间—填土高度—沉降量关系曲线图8060/dm度4020填土高07-137-318-189-59-2310-1110-2911-1612-412-221-91-272-143-4-20日期/月-日-40填土高度/dm/m-603#累积沉降/mm-804#累积沉降/mm累计沉降-100-120图3.12Ⅰ、Ⅱ断面左线中心处地基时间—填土高度—沉降量关系曲线图水泥掺入量为12%时，左线中心处的3#点与4#点沉降曲线较为接近，前期沉降较小，路基填筑时，沉降量急剧变大，路基完成后，曲线趋于平缓，路基填筑过程中的地基下沉量约占总沉降量的2/3。一些专著提出在复合地基没有完全破坏的前提下，不继续施加外荷载其沉降会趋于稳定，但针对饱和黄土地基的特殊性，荷载下土中结合水会缓慢活动，土骨架产生蠕变，其次固结沉降对复合地基的最终沉降影响很大，因此后期的沉降量依然需要进行长期监测。-35- 路堤荷载下水泥土搅拌桩加固饱和黄土地基沉降研究图3.13Ⅰ断面路基中心与左线中心处地基时间—填土高度—沉降量关系曲线图图3.14Ⅱ断面路基中心与左线中心处地基时间—填土高度—沉降量关系曲线图由图3.13、图3.14可以看出，同一断面，路基中心处的地基沉降规律与左线中心处的地基沉降规律有明显的相似性，但前者沉降量要比后者沉降量大。在路基填筑完成2个半月后，路基中心处的地基沉降量在160mm左右，而左线中心处的地基沉降量在110mm左右，相差50mm，由此可说明，路基中心处沉降与路基边缘的沉降存在明显的差异，路基中心沉降最大。3.4.2断面Ⅲ与断面Ⅳ沉降数据分析断面Ⅲ与断面Ⅳ水泥土搅拌桩复合地基沉降通过单点沉降计进行测量，并结合路基填筑过程进行分析。2014年7月13日开始路基填筑，8月5日填筑到2.1m，之后进入-36- 兰州交通大学硕士学位论文20天施工间歇期，8月27日继续施工，9月8日填筑到5.3m，在12月6日又填筑0.9m，施工完成。截至2015年3月7日，其地基沉降量与填土高度和时间的关系曲线图如图3.15、3.16所示。8060/dm填土高度/dm度405#累积沉降/mm206#累积沉降/mm填土高0-207-137-318-189-59-2310-1110-2911-1612-412-221-91-272-143-4日期/月-日-40/mm-60-80-100累计沉降-120-140图3.15Ⅲ、Ⅳ断面路基中心处地基时间—填土高度—沉降量关系曲线图8060/dm度填土高度/dm407#累积沉降/mm填土高208#累积沉降/mm07-137-318-189-59-2310-1110-2911-1612-412-221-91-272-143-4-20/mm日期/月-日-40-60累计沉降-80图3.16Ⅲ、Ⅳ断面左线中心处地基时间—填土高度—沉降量关系曲线图由图3.15、图3.16可以看出，随着路基的填筑和时间的推移，水泥土搅拌桩复合地基沉降逐渐增加。分析两个断面路基中心处的地基沉降，发现沉降差异很大。5#点在路基填筑过程中，地基沉降较大，2个月沉降了86mm；填筑完成后，沉降速率降低，沉降曲线明显变缓，4个月时间沉降了50mm。其沉降曲线还没有趋于稳定，沉降还在发-37- 路堤荷载下水泥土搅拌桩加固饱和黄土地基沉降研究生，需要继续观测。6#点沉降很小，路基填筑过程中只沉降了29mm，填筑完成后沉降了15mm，6个月总共沉降了44mm，仅为5#点沉降的1/3。沉降差异如此之大，分析原因为6#单点沉降计埋设在水泥土搅拌桩桩芯处，因为在埋设钻孔时冒出的是深灰色水泥浆而不是黄色泥浆，当地基整体下沉时桩顶发生刺入破坏，下沉量很小，从而导致6#沉降比5#沉降小很多。在最终沉降预测时应用5#单点沉降计测得的数据较为可靠。分析两个断面左线中心处的地基沉降，两条曲线沉降规律基本一致，路基填筑期间，沉降量变化较大，填筑完成后，曲线逐渐平缓。施工间歇期和施工完成后地基缓慢下沉，没有突变，由此可见水泥土搅拌桩复合地基施工过程中整体性良好。图3.17Ⅲ断面路基中心与左线中心处地基时间—填土高度—沉降量关系曲线图图3.18Ⅳ断面路基中心与左线中心处地基时间—填土高度—沉降量关系曲线图-38- 兰州交通大学硕士学位论文从图3.17可以看出，同一断面沉降曲线规律基本一致，但线路左线中心处的地基沉降值比路基中心处的地基沉降值要小，路基填筑时，其沉降值迅速增加，5#点沉降了86mm，占总沉降的63%，6#点沉降了37mm，占总沉降的61%。随着时间的推进，地基沉降逐渐变缓，2015年1月中旬测得路基中心5#点沉降值为136mm，而左线中心7#点沉降值仅有62mm，3月初5#点沉降值为139mm，左线中心7#点沉降值为64mm，由此可以得出路基中心处的地基沉降值最大，越靠近地基边缘沉降值越小。在图3.18中，由于6#单点沉降计埋设在水泥土搅拌桩桩芯内，桩端发生刺入破坏，单点沉降计读数很小，不能作为整体地基的沉降值进行最终沉降预测。3.4.3断面Ⅴ与断面Ⅵ沉降数据分析断面Ⅴ与断面Ⅵ水泥土搅拌桩复合地基沉降通过单点沉降计进行测量，并结合路基填筑过程进行分析。2014年7月13日开始路基填筑，在7月底和8月中旬有20天的施工间歇期，9月7日填筑到5.8m，施工完成，为期2个月。由于施工原因在12月6日又填筑0.8m。截至2015年3月7日，其地基沉降量与填土高度和时间的关系曲线图如图3.19、3.20所示。图3.19Ⅴ、Ⅵ断面路基中心处地基时间—填土高度—沉降量关系曲线图从图3.19、图3.20可知，随着时间和施工进度的推进，地基沉降量逐渐增加。如图3.19，分析路基中心处9#点的地基沉降，其沉降值大致可分为2部分，7月中旬到9月中旬两个月时间为路基填筑期间，其地基发生的沉降为第一部分，在这期间地基沉降量为71mm；9月中旬路基填筑完成后地基发生的沉降为另一部分，静置5个月的时间地-39- 路堤荷载下水泥土搅拌桩加固饱和黄土地基沉降研究基发生的沉降量为29mm。路基填筑期间发生的沉降是路基填筑完成后沉降的2.45倍，由此可见地基的沉降主要发生在路基填筑期间。10#点沉降曲线规律与9#点沉降规律基本一致，但由于现场施工原因，沉降量存在一定的差异，属于正常现象。图3.20Ⅴ、Ⅵ断面左线中心处地基时间—填土高度—沉降量关系曲线图如图3.20，分析两个断面左线中心的地基沉降，11#点沉降值明显小于12#点沉降值。分析原因是由于11#单点沉降计埋设在搅拌桩桩芯处，与6#单点沉降计的埋设情况一样。12#点的沉降规律与3#、4#、7#、8#点的沉降规律基本一致，都是路基填筑期间地基发生的沉降变形最大，路基填筑完成后沉降比较稳定，水泥土搅拌桩复合地基承载特性和整体性较为良好，但是针对饱和黄土特性，其后期沉降依然需要长期观测。8060/dm填土高度/dm度409#累积沉降/mm2011#累积沉降/mm填土高07-137-318-189-59-2310-1110-2911-1612-412-221-91-272-143-4-20/m-40日期/月-日-60累计沉降-80-100图3.21Ⅴ断面路基中心与左线中心处地基时间—填土高度—沉降量关系曲线图-40- 兰州交通大学硕士学位论文图3.22Ⅵ断面路基中心与左线中心处地基时间—填土高度—沉降量关系曲线图从图3.22可以看出，同一断面沉降曲线规律基本一致，线路左线中心处的地基沉降值略比路基中心处的地基沉降值相差小一些，但差距不大。路基填筑时，其沉降值迅速增加，10#点沉降了52mm，占总沉降的67%，12#点沉降了48mm，占总沉降的68%，两点的沉降规律基本一样。随着时间的推移，地基沉降逐渐变缓，2015年1月中旬测得路基中心10#点沉降值为77mm，而左线中心12#点沉降值仅有66mm；3月7日测得路基中心10#点沉降值为79mm，而左线中心12#点沉降值为68mm，由此可以得出路基中心处的地基沉降值最大，越靠近地基边缘沉降值越小。分析图3.21，由于11#单点沉降计埋设在水泥土搅拌桩桩芯内，桩端发生刺入破坏，沉降值很小。1月中旬其沉降值为21mm，6#点的沉降值为44mm，由于地层与施工质量的原因，两者数值不同，但也相差不大。3.4.4水泥掺入量对地基沉降影响数据分析水泥土搅拌桩中水泥掺入量分别为12%、16%、20%时，结合路基填筑过程，通过单点沉降计测得路基中心处复合地基的沉降随时间的变化曲线图如图3.23、图3.24、图3.25。-41- 路堤荷载下水泥土搅拌桩加固饱和黄土地基沉降研究图3.2312%水泥掺入量在路基中心处地基沉降随时间、填土高度的变化曲线图80/dm60度40填土高2007-137-318-189-59-2310-1110-2911-1612-412-221-91-272-143-4-20日期/月-日-40/m填土高度/dm-609#累积沉降/mm-80累计沉降-100图3.2416%水泥掺入量在路基中心处地基沉降随时间、填土高度的变化曲线图图3.2520%水泥掺入量在路基中心处地基沉降随时间、填土高度的变化曲线图-42- 兰州交通大学硕士学位论文从图3.23~图3.25可以看出，路基中心处地基沉降值随着路基的填筑和时间的推进而增加。水泥掺入量为12%时，1月中旬的地基沉降值为158mm，水泥掺入量为16%时，地基沉降量为97mm，水泥掺量增加了4%，沉降值减小了61mm。由此可以看出，水泥掺量适当的增加，可以明显减小复合地基的整体沉降值，效果显著。但是水泥掺入量从16%增加到20%时，地基沉降值从97mm增加到了136mm，沉降没有得到预期的减小反而增加了。分析其原因一方面可能为20%的水泥掺入量已经超过了临界值，继续增加的水泥掺入量不能达到减小地基沉降值的目的；另一方面，不同里程的工程地质情况不同，断面Ⅲ的地质情况较为复杂，饱和黄土层较厚，埋设单点沉降计时钻孔深度至地面以下23m才到硬质岩层，所以会发生20%水泥掺入量的地基沉降值比16%水泥掺入量的沉降值要大一些的情况。水泥土搅拌桩中水泥掺入量分别为12%、16%、20%时，结合路基填筑过程，通过单点沉降计测得线路左线中心处复合地基的沉降随时间的变化曲线图如图3.26、图3.27、图3.28。图3.2612%水泥掺入量在左线中心处地基沉降随时间、填土高度的变化曲线图-43- 路堤荷载下水泥土搅拌桩加固饱和黄土地基沉降研究图3.2716%水泥掺入量在左线中心处地基沉降随时间、填土高度的变化曲线图图3.2820%水泥掺入量在左线中心处地基沉降随时间、填土高度的变化曲线图从图3.26~图3.28可以得出，线路左线中心处的地基的沉降规律与路基中心处的地基沉降规律基本一致，增加水泥掺入量可以很好地控制地基沉降。路基填筑期间，路基填筑越高，地基承受的上部荷载越大，沉降发生越快。在路基填筑完成1个月后，随着水泥土搅拌桩中水泥掺入量的增加，复合地基的整体沉降值相应减小。水泥掺入量为12%时，其地基沉降值为108mm，水泥掺入量为16%时，地基沉降量为66mm，水泥掺量增加了4%，沉降值减小了42mm。由此也可以证明上述结论，水泥掺入量适当的增加，可以明显减小复合地基的整体沉降值，效果显著。当水泥掺入量从16%增加到20%-44- 兰州交通大学硕士学位论文时，地基沉降值从66mm减小到了62mm，沉降值只减小了4mm，由此可见水泥掺入量达到16%以后再继续增加水泥掺入量，复合地基沉降的控制效果明显减小。3.5本章小结兰州至中川机场铁路树屏镇附近为典型的饱和黄土，采用水泥土搅拌桩进行加固处理，这是在兰州地区首次应用搅拌技术处理饱和黄土。以中川铁路DK48+430~DK49+030作为试验段，通过单桩静载荷试验和单桩复合地基静载荷试验来研究水泥土搅拌桩的承载力。并在复合地基中埋设单点沉降计，应用综合测试仪对路基填筑期间和填筑完成后的地基沉降变形进行长期的跟踪监测，得出路基填筑的不同阶段的沉降曲线，经过分析可以得出如下结论：(1)随着路基填土高度的增加和时间的推进，水泥土搅拌桩复合地基沉降量逐渐增加。路基填筑时，地基沉降量变化较大，填筑完成后沉降曲线趋于平缓，地基的沉降主要发生在路基填筑过程中，其沉降量约占总沉降量的2/3。在路基填筑间歇期和填筑完成后，复合地基整体沉降较为稳定。(2)同一断面随着路基填土高度的增加，地基沉降曲线规律基本一致，但沉降量不同，路基中心处的地基沉降量最大，越靠近地基边缘沉降值越小。(3)若单点沉降计埋设在水泥土搅拌桩桩芯处，其沉降量很小，测得的数据不能作为整体地基的沉降值进行最终沉降预测。原因为路堤荷载下，地基整体下沉时桩侧摩阻力不足，桩顶发生刺入破坏，单点沉降计读数不随着桩间土的压缩而增加。(4)在水泥土搅拌桩施工中，适当增加水泥掺入量可以明显减小复合地基的整体沉降值，效果显著。但是水泥掺入量也存在一个临界值，当掺量达到16%以后再继续增加水泥，复合地基沉降的控制效果明显减弱。-45- 路堤荷载下水泥土搅拌桩加固饱和黄土地基沉降研究4路堤荷载下水泥土搅拌桩复合地基沉降拟合预测在饱和黄土地区应用水泥土搅拌桩进行地基加固，为了验证设计与指导施工，进行地基沉降监测是非常有必要的。沉降监测数据一方面可以观察地基的整体稳定性，另一方面可以依据实测曲线做回归分析进行沉降拟合，并通过拟合公式计算最终的预测沉降值。本文基于兰中铁路工程实例，对比分析双曲线法、三点法、Asaoka法和指数曲线法等沉降预测方法，确定适用于本工程的地基沉降预测方法。4.1沉降预测评估标准[59]机械工业勘察设计研究院郑建国教授（2010）在郑西客运专线中归纳了《客运专[60]线铁路无碴轨道铺设条件评估技术指南》中沉降预测方法的优缺点，并与实测沉降数2据进行了对比分析，提出在黄土地区宜采用相关指数r作为沉降预测方法的拟合指标，采用相对误差e作为精度指标。相对误差e的计算公式如下：sy-tte=´100%(4.1)yt其中，s——某一时刻的预测沉降值(mm)；ty——某一时刻的实测沉降值(mm)。t预测精度A=1-e，相对误差越小，预测精度越高。2由离差总平方和分解得出的相关指数r计算公式如下：n2SSE=-å()ystt(4.2)t=1n2SST=-å()yyt(4.3)t=1n2å()ystt-2t=1r=SSR/SST=1-SSE/1SST=-(4.4)n2å()yyt-t=1其中，SSR——解释变差，也称作回归平方和，是预测值与实测平均值的离差，表现为自变量对因变量的影响；-46- 兰州交通大学硕士学位论文SSE——剩余变差，也称作残差平方和，是实测值与预测值的离差，是自变量以外的非线性因素与随机因素作用的结果；SST——总误差，也称作总离差平方和，是因变量的实侧值与实测平均值的离差总和，反映了实测值的离散程度；y——实测沉降平均值。2相关指数r代表了自变量与因变量之间线性相关性及拟合模型的优良程度，与SSR2成正比，与SSE成反比。r越接近1，说明自变量与因变量之间线性相关程度越高，模2型拟合性能越优；反之，r越小，模型拟合性能越差。4.2双曲线法沉降拟合预测2利用双曲线法对实测地基沉降数据进行拟合预测，用预测精度A和相关指数r两个指标来评价拟合和预测的效果。基于篇幅，仅给出5#、7#、9#和12#点的计算结果，见表4.1、表4.2和图4.1、图4.2。表4.1双曲线法沉降拟合预测计算结果预测精相关指点号αβ曲线方程2S∞(mm)度A数r5#0.70820.0128St=82.1+(t-57)/[(0.7082+0.0128(t-57)]95.3%0.68160.27#0.9730.0261St=32.5+(t-57)/[(0.9730+0.0261(t-57)]95.9%0.7970.89#1.67740.0192St=65.8+(t-55)/[(1.6774+0.0192(t-55)]97.1%0.76117.812#1.58810.0358St=45.1+(t-55)/[(1.5881+0.0358(t-55)]97.5%0.7873依据路基填筑完成后4个月内的实测沉降数据，通过双曲线法进行沉降拟合及最终沉降预测。由表4.1和图4.1、图4.2可以看出，利用双曲线法进行地基沉降拟合的效果2和实际监测的数据相当接近，通过计算求得其相关指数r的值较高，曲线拟合效果较好；预测精度A均大于95%，最终沉降的预测值较为可靠。为了验证双曲线法预测沉降的准确性，选取后期实测沉降值与双曲线预测沉降值进行对比。由表4.2可以看出，通过沉降预测公式计算得出的后期沉降与实测沉降值很接近，相对误差很小。因此可以认为利用双曲线法进行地基沉降的拟合及预测是可行的。-47- 路堤荷载下水泥土搅拌桩加固饱和黄土地基沉降研究表4.2实测沉降与预测沉降对比实测沉预测沉相对误实测沉预测沉相对误点号时间(d)时间(d)降(mm)降(mm)差降(mm)降(mm)差5#195137.2137.030.12%238139.5140.10.43%7#19562.362.330.05%23864.163.960.22%9#19597.597.600.1%238100.4100.60.2%12#19566.166.200.15%23867.967.70.29%80/dm60度4020填土高度/dm填土高05#实测沉降/mm-200501001502005#预测沉降/mm-40时间/d7#实测沉降/mm-60/mm-807#预测沉降/mm沉降-100-120-140图4.15#和7#点双曲线法预测沉降与实测沉降曲线图8060/dm度40填土高度/dm209#实测沉降/mm填土高00501001502009#预测沉降/mm-20时间/d12#实测沉降/mm-4012#预测沉降/mm/mm-60-80沉降-100-120图4.29#和12#点双曲线法预测沉降与实测沉降曲线图-48- 兰州交通大学硕士学位论文4.3三点法沉降拟合预测2利用三点法对实测地基沉降数据进行拟合预测，用预测精度A和相关指数r两个指标来评价拟合和预测的效果。下面给出5#、7#、9#和12#点的计算结果，见表4.3、表4.4和图4.3、图4.4。表4.3三点法沉降拟合预测计算结果预测精相关指点号αβ曲线方程S∞(mm)2度A数r-0.0054t-0.0054t5#0.810.0054St=190.9(1-0.81e)+48.44e95.8%0.80190.9-0.0146t-0.0146t7#0.810.0146St=66.5(1-0.81e)+24.65e95.7%0.7266.5-0.008t-0.008t9#0.810.0080St=112.9(1-0.81e)+45.6e96.8%0.77112.9-0.014t-0.014t12#0.810.0140St=69.95(1-0.81e)+32.2e96.3%0.6769.65依据路基填筑完成后4个月内的实测沉降数据，通过三点法进行沉降拟合及最终沉降预测。由表4.3和图4.3、图4.4可以看出，利用三点法进行地基沉降拟合，前期误差2较大，后期与实际监测的数据相当接近，通过计算求得其相关指数r的值较高，曲线拟合效果较好；预测精度A均大于95%，最终沉降的预测值较为可靠。为了验证三点法预测沉降的准确性，选取后期实测沉降值与三点法预测沉降值进行对比。由表4.4可以看出，通过沉降预测公式计算得出的后期沉降与实测沉降值很接近，相对误差很小。因此可以认为利用三点法进行地基沉降的拟合及预测是可行的。表4.4实测沉降与预测沉降对比实测沉预测沉相对误实测沉预测沉相对误点号时间(d)时间(d)降(mm)降(mm)差降(mm)降(mm)差5#195137.2138.40.87%238139.5140.80.93%7#19562.362.20.16%23864.165.31.8%9#19597.597.670.17%238100.4101.81.4%12#19566.166.080.03%23867.967.60.44%-49- 路堤荷载下水泥土搅拌桩加固饱和黄土地基沉降研究8060/dm40度20填土高度/dm05#实测沉降/mm填土高-200501001502005#预测沉降/mm-40时间/d7#实测沉降/mm-607#预测沉降/mm/mm-80-100沉降-120-140图4.35#和7#点三点法预测沉降与实测沉降曲线图8060/dm度4020填土高度/dm填土高09#实测沉降/mm050100150200-20时间/d9#预测沉降/mm-4012#实测沉降/mm-60/mm12#预测沉降/mm-80沉降-100-120图4.49#和12#点三点法预测沉降与实测沉降曲线图4.4Asaoka法沉降拟合预测2利用Asaoka法对实测地基沉降数据进行拟合预测，用预测精度A和相关指数r两个指标来评价拟合和预测的效果。下面给出5#、7#、9#和12#点的计算结果，见表4.5、表4.6和图4.5、图4.6。依据路基填筑完成后4个月内的实测沉降数据，通过Asaoka法进行沉降拟合及最终沉降预测。由表4.5和图4.5、图4.6可以看出，利用Asaoka法进行地基沉降拟合，2前期误差较大，后期与实际监测的数据相当接近，通过计算求得其相关指数r的值较高，曲线拟合效果较好；预测精度A均大于95%，最终沉降的预测值较为可靠。-50- 兰州交通大学硕士学位论文为了验证Asaoka法预测沉降的准确性，选取后期实测沉降值与Asaoka法预测沉降值进行对比。由表4.6可以看出，通过沉降预测公式计算得出的后期沉降与实测沉降值很接近，相对误差很小。因此可以认为利用Asaoka法进行地基沉降的拟合及预测是可行的。表4.5Asaoka法沉降拟合预测计算结果预测精相关指点号αβ曲线方程2S∞(mm)度A数r5#9.930.9329St=147.92-65.82exp((t-57)/72)96.2%0.80147.927#10.220.8366St=62.52-30.02exp((t-57)/28)95.1%0.6262.529#5.140.953St=109.36-43.56exp((t-55)/104)96.4%0.73109.3612#4.130.9422St=71.38-26.28exp((t-55)/84)95.6%0.5571.38表4.6实测沉降与预测沉降对比实测沉预测沉相对误实测沉预测沉相对误点号时间(d)时间(d)降(mm)降(mm)差降(mm)降(mm)差5#195137.2137.250.04%238139.5141.11.1%7#19562.362.240.10%23864.162.82%9#19597.597.70.21%238100.4101.41%12#19566.166.240.21%23867.968.20.4%8060/dm度40填土高度/dm2005#实测沉降/mm填土高-20050100150200时间/d5#预测沉降/mm-407#实测沉降/mm-60/mm-807#预测沉降/mm-100沉降-120-140图4.65#和7#点Asaoka法预测沉降与实测沉降曲线图-51- 路堤荷载下水泥土搅拌桩加固饱和黄土地基沉降研究8060/dm度4020填土高度/dm填土高09#实测沉降/mm050100150200-20时间/d9#预测沉降/mm-4012#实测沉降/mm-60/mm12#预测沉降/mm-80沉降-100-120图4.69#和12#点Asaoka法预测沉降与实测沉降曲线图4.5不同沉降拟合预测方法对比分析2结合实测沉降，通过相关指数r、相对误差e和预测精度A等指标对比分析双曲线法、三点法和Asaoka法的拟合预测准确度，并确定适合兰中铁路水泥土搅拌桩复合地基沉降的预测方法。4.5.15#点不同沉降拟合预测方法对比分析结合5#点的实测沉降数据，分析双曲线法、三点法和Asaoka法的拟合预测效果。其相关指标见表4.7，拟合与实测沉降曲线见图4.7。表4.75#点不同沉降拟合预测方法对比相对误预测精相关指180d实测S∞预测方法曲线方程2(mm)差e度A数r沉降(mm)双曲线法St=82.1+(t-57)/[(0.7082+0.0128(t-57)]4.7%95.3%0.68135.8160.23-0.0054t-0.0054t三点法St=190.9(1-0.81e)+48.44e4.2%95.8%0.80135.8190.9Asaoka法St=147.92-65.82exp((t-57)/72)3.8%96.2%0.80135.8147.92-52- 兰州交通大学硕士学位论文80/dm60度4020填土高度/dm填土高0-200501001502005#实测沉降/mm-40时间/d双曲线法预测值/mm-60三点法预测值/mm/m-80Asaoka法预测值/mm沉降-100-120-140图4.75#点不同拟合预测方法沉降曲线图由表4.7和图4.7可以看出，Asaoka法预测的沉降曲线最接近实测沉降曲线，其预测精度与相关指数最高，最终沉降量为147.92mm，与180天时沉降135.8mm相比，只下沉了12.12mm，比较接近实际情况。双曲线法预测的相关指数较低，在100天到150天期间，双曲线法预测沉降曲线与实测曲线偏差较大，因此其预测的最终沉降量可能存在一定偏差。三点法预测精度与相关指数均大于双曲线法，但是其预测的最终沉降为190.9mm，180天时的沉降量才135.8mm，而且路基填筑已经完成，很明显三点法预测的最终沉降严重偏离实际情况。综上所述，5#点沉降预测效果从高到底依次为：Asaoka法>双曲线法>三点法。4.5.27#点不同沉降拟合预测方法对比分析结合7#点的实测沉降数据，分析双曲线法、三点法和Asaoka法的拟合预测效果。其相关指标见表4.8，拟合与实测沉降曲线见图4.8。表4.87#点不同沉降拟合预测方法对比相对误预测精相关指180d实测S∞预测方法曲线方程2(mm)差e度A数r沉降(mm)双曲线法St=32.5+(t-57)/[(0.9730+0.0261(t-57)]4.1%95.9%0.7961.970.8-0.0146t-0.0146t三点法St=66.5(1-0.81e)+24.65e4.3%95.7%0.7261.966.5Asaoka法St=62.52-30.02exp((t-57)/28)4.9%95.1%0.6261.962.52-53- 路堤荷载下水泥土搅拌桩加固饱和黄土地基沉降研究8060/dm度40填土高度/dm20填土高7#实测沉降/mm0双曲线法预测值/mm050100150200-20三点法预测值/mm时间/d/m-40Asaoka法预测值/mm沉降-60-80图4.87#点不同拟合预测方法沉降曲线图从表4.8和图4.8可以看出，双曲线法预测的沉降曲线最接近实测沉降曲线，其预测精度与相关指数最高，最终沉降量为70.8mm，与180天时沉降61.9mm相比，下沉了8.9mm，比较接近实际情况。三点法预测的相关指数偏低，在60天到120天期间，三点法预测沉降曲线与实测曲线偏差较大，因此其预测的最终沉降量可能存在一定偏差。Asaoka法预测精度与相关指数均较低，100天以前沉降拟合较高，100天以后，预测沉降曲线过于平缓，导致后期误差很大，180天时实测沉降为61.9mm，而最终沉降量为62.5mm，仅仅下沉了0.6mm，也就是说180天以后地基基本上无下沉，很明显Asaoka法预测的最终沉降严重偏离实际情况。综上所述，7#点沉降预测效果从高到底依次为：双曲线法>三点法>Asaoka法。4.5.39#点不同沉降拟合预测方法对比分析结合9#点的实测沉降数据，分析双曲线法、三点法和Asaoka法的拟合预测效果。其相关指标见表4.9，拟合与实测沉降曲线见图4.9。表4.99#点不同沉降拟合预测方法对比相对误预测精相关指180d实测S∞预测方法曲线方程2(mm)差e度A数r沉降(mm)双曲线法St=65.8+(t-55)/[(1.6774+0.0192(t-55)]2.9%97.1%0.7996.8112.8-0.008t-0.008t三点法St=112.9(1-0.81e)+45.6e3.2%96.8%0.7796.8112.9Asaoka法St=109.36-43.56exp((t-55)/104)3.6%96.4%0.7396.8109.36-54- 兰州交通大学硕士学位论文80/dm60度4020填土高度/dm填土高05#实测沉降/mm-20050100150200双曲线法预测值/mm时间/d-40三点法预测值/mmAsaoka法预测值/mm/m-60沉降-80-100-120图4.99#点不同拟合预测方法沉降曲线图从图4.9的实测沉降曲线可以看出，地基沉降没有达到稳定，下沉量依然很大。分析表4.9，双曲线法预测的沉降曲线最接近实测沉降曲线，其预测精度与相关指数也最高，最终沉降量为112.8mm，与180天时沉降96.8mm相比，下沉了16mm，与地基沉降的整体下沉趋势一致。三点法预测的沉降曲线与双曲线法预测的沉降曲线基本上重合，其预测精度和相关系数也相近，最终沉降量为112.9mm，与双曲线法预测的118.8mm仅相差0.1mm，由此可说明这两种方法预测的最终沉降比较接近实际情况。Asaoka法预测的沉降曲线在60天到120天期间与实测沉降曲线偏差较大，导致其相关系数较低，其后期沉降预测与实测沉降比较接近，预测的最终沉降量为109.4mm，也比较符合实际地基下沉趋势。综上所述，9#点沉降预测效果从高到底依次为：双曲线法>三点法>Asaoka法。4.5.412#点不同沉降拟合预测方法对比分析结合12#点的实测沉降数据，分析双曲线法、三点法和Asaoka法的拟合预测效果。其相关指标见表4.10，拟合与实测沉降曲线见图4.10。表4.1012#点不同沉降拟合预测方法对比相对误预测精相关指180d实测S∞预测方法曲线方程2(mm)差e度A数r沉降(mm)双曲线法St=45.1+(t-55)/[(1.5881+0.0358(t-55)]2.5%97.5%0.7865.5473-0.014t-0.014t三点法St=69.95(1-0.81e)+32.2e3.7%96.3%0.6765.5469.65Asaoka法St=71.38-26.28exp((t-55)/84)4.4%95.6%0.5565.5471.38-55- 路堤荷载下水泥土搅拌桩加固饱和黄土地基沉降研究8060/dm度40填土高度/dm205#实测沉降/mm填土高0双曲线法预测值/mm050100150200-20三点法预测值/mm时间/d-40Asaoka法预测值/mm/mm-60沉降-80图4.1012#点不同拟合预测方法沉降曲线图从表4.10和图4.10可以看出，实测沉降曲线在120天以后趋于平缓，双曲线法预测的沉降曲线最接近实测沉降曲线，其预测精度与相关指数最高，最终沉降量为73mm，与180天时沉降65.5mm相比，下沉了7.5mm，比较接近实际情况。三点法预测的相关指数偏低，在60天到120天期间，三点法预测沉降曲线与实测曲线偏差较大，因此其预测的最终沉降量可能存在一定偏差。Asaoka法预测精度与相关指数最低，主要原因也是120天以前的预测沉降值与实测值偏差较大，但是后期沉降预测与实测沉降比较接近，预测的最终沉降量为71.4mm，也比较符合实际地基下沉趋势。综上所述，12#点沉降预测效果从高到底依次为：双曲线法>三点法>Asaoka法。4.6本章小结本章通过现场实测地基沉降数据，应用双曲线法、三点法和Asaoka法对地基沉降2进行拟合与预测。采用相关指数r作为拟合指标，采用相对误差e作为精度指标，对比分析三种方法的拟合效果，得出如下结论：(1)结合5#、7#、9#和12#点的实测沉降数据，对比双曲线法、三点法和Asaoka法的拟合效果，发现双曲线法的相对误差最小，相关指数最大，拟合精度最高，拟合效果最好，三点法次之，Asaoka法误差最大。针对本工程水泥土搅拌桩复合地基加固饱和黄土，最佳的沉降拟合预测模型为双曲线模型。(2)利用双曲线法进行最终沉降预测，得出水泥掺入量为16%时，路基中心的最终沉降为113mm，线路左线中心的最终沉降为73mm。预测的最终沉降量可以为铺轨时间提供一定的参考依据。-56- 兰州交通大学硕士学位论文5路堤荷载下水泥土搅拌桩复合地基沉降数值分析5.1数值分析概述随着计算机技术的发展，数值分析在很多领域都得到了广泛的应用。在岩土工程中，针对不同的数学模型，提出了不同的数值分析方法，例如有限元法、有限差分法等。数值分析不但得到了广泛应用，而且积累了大量经验，越来越成为解决许多复杂岩土工程问题的主要手段之一。数值分析除了用来模拟岩土的承载力问题和简单沉降计算，还可以通过大量数据对岩土工程进行整体性分析，了解工程特性，优化参数设计，更加经济合理地制定工程实施方案。把利用数值模拟软件进行分析作为试验方法，从一定角度来说比模型试验和原位试验更加便捷、经济、整体性强，还可以调节参数反复试验。有限差分法(FDM)是将求解域剖分成若干差分网格，用有限个网格节点替代连续的求解域，然后应用泰勒级数展开法把控制方程中的导数，用网格节点上函数值的差商替换进行离散，进而建立以网格节点上函数值为未知数的代数方程组。常用的差分表达式有一阶向前差分、一阶中心差分、一阶向后差分和二阶中心差分等，其中向前差分和向[61]后差分为一阶计算精度，中心差分为二阶计算精度。为了进一步探索路堤荷载下水泥土搅拌桩复合地基的沉降特性，本章采用有限差分软件FLAC3D对其进行初步研究分析。5.2数值分析软件FLAC3D简介FLAC3D(3-DFastLagrangianAnalysisCode)是由美国ITASCA公司研究开发的连续介质力学数值模拟分析软件，FLAC3D的全称是三维快速拉格朗日差分分析，它采用三维显示的有限差分分析方法求解场的控制微分方程，同时还采用了混合单元离散模型。计算时FLAC3D将目标计算区域划分为许多个四面体，在给定的相关边界条件下，每个四面体遵循特定的本构关系，如果四面体单元受到的应力使材料发生塑性变形或者屈服破坏，则四面体的网格会随着材料的变形而变形，因此这种方法适用于求解大变形问题。采用三维快速拉格朗日差分分析能够较为准确地模拟材料的屈服、塑性变形软化变形和大变形，因此FLAC3D数值模拟软件在对材料进行弹塑性分析和模拟施工过程方面有巨大优势。-57- 路堤荷载下水泥土搅拌桩加固饱和黄土地基沉降研究5.2.1基本原理FLAC3D软件在计算求解过程中常用的方法有：(1)离散模型。基本原理是将连续介质离散为许多个六面体单元，将作用力集中作用于节点上。(2)有限差分。时间和空间变量的一阶导数用差分来近似表示。(3)动态松弛。用质点的运动方程来求解，通过阻尼[62]振动使体系的运动衰减至平衡状态。(1)空间导数的有限差分近似FLAC3D软件求解过程中所采用的离散模型方法是将目标区域离散为常应变六面体单元的集合，同时又将这些六面体看作以六面体角点为角点的常应变四面体的集合。应力、应变和节点不平衡力等都在四面体上进行计算，六面体上的应力和应变的值为其内部四面体体积的加权平均值。这种方法的优点是避免六面体单元遭遇位移剪切时出现锁死现象，同时又能使四面体单元能够适应不可压缩塑性流动等本构模型的要求。node413face42图5.1四面体单元的节点和面图5.1是一个四面体单元的节点和面，节点编号从1到4，每个节点与其相对的面相对应，假定四面体内任一点的速率分量为vi，根据高斯公式得：vddV=vnS(5.1)òòi,jijVS其中，V——四面体体积；S——四面体表面积；nj——外表面的单位法向向量分量。在常应变单元中，vi呈线性分布，nj是常量，假定速度为线性变化，则41l(ll)()vi,j=åvijnS(5.2)3Vl=1-58- 兰州交通大学硕士学位论文其中，速度的上标中l指代节点的变量，(l)指代面的变量。(2)运动方程静力平衡问题可以由下列方程求解得到：sr+=B0ij,ji(5.3)参考虚功原理，四面体单元的节点力与面应力和大小对等，当模型呈对称分布时，可以考虑应用等效体系，建立平衡方程，使每个节点上的静态等效荷载的和为零，其表达式为：lllæödviFM=ç÷(5.4)ièødtl将上式进行转化得不平衡力方程，若介质达到平衡，则F=0。(5.5)5.2.2本构模型针对岩土工程中材料的不同，其承载和传递力的特性各异，在不同情况下应用不同的本构模型。FLAC3D数值模拟软件一共有11种本构模型，共分为三大类：（1）空模型。适用于模拟开挖过程。（2）弹性模型。有各向同性弹性模型、正交各向异性弹性模型和横向同性弹性模型三种。（3）塑性模型。德鲁克-普拉格模型，主要用来与其他模型进行对比。摩尔-库伦模型，适用于普通土壤和岩石。多节理模型，适用于层状地层开挖。应变硬化/软化模型，多用于研究后破坏。双线性应变硬化/软化多节理模型，多用于研究层状材料的后破坏。D-Y模型，多用于研究水力填充问题。修正剑桥模型，多用于研究粘土中的土工构件。5.2.3接触面FLAC3D中两种不同材料间为了合理分配与传递荷载，往往需要设置接触面，并单独定义接触面属性。在这个过程中需要将接触面单元划分成一系列三角形单元，网格划-59- 路堤荷载下水泥土搅拌桩加固饱和黄土地基沉降研究分的不同节点都有各自的表示面积。当划分单元为四边形时，可用两个三角形表示，所有的三角形顶点均变成节点。FLAC3D软件中接触面都是单面的，可以通过接触面节点与材料取得联系，灵活地捕捉接触面与材料网格面发生的相互刺入。在数值的计算过程中，接触面的绝对法向刺入量和与其接触的材料面的剪切速度是计算的关键步骤，之后利用接触面的库伦剪切模型来计算法向力和切向力的大小。在接触面处于弹性阶段，tt+D时刻接触面的法向力和切向力通过式(5.6)、(5.7)求得。(tt+D)F=+kuAAs(5.6)nnnn(t+Dt)(t)(tt+D0.5)F=F+kD+uAAs(5.7)sisissisi(tt+D)(tt+D)其中，F——tt+D时刻接触面的法向力；F——tt+D时刻接触面的切向力；nsiu为触面节点与目标面之间的刺入量，σn为附加法向应力，σsi为附加切向应力，ks为接n触面的法向刚度，kn是接触面的切向刚度，A为接触面节点的代表面积。若两种不同材料相互接触，有可能发生相对滑动的情况，这时的切向力大小可以用下述公式求得：F=cA+-tanf()FuA(5.8)smaxififn当接触面单元上的切向力大于最大切向力后，接触面就会进入塑性阶段；当接触面单元上的切向力小于最大切向力后，接触面就会进入弹性阶段。接触面单元上的接触力只在节点上传递，接触面单元的参数与每个节点都有关系，同时每个节点可以有不同的参数。EK=(5.9)3(12-n)EG=(5.10)21(+n)éùæö4êúç÷KG+èø3kk==10maxêú(5.11)nsêúDzminêúëû其中，E——杨氏模量；ν——泊松比；K——体积模量；G——剪切模量。-60- 兰州交通大学硕士学位论文5.2.4求解流程采用FLAC3D进行数值模拟时，有三个基本部分必须指定：有限差分网格；本构关系和材料特性；边界和初始条件。网格用来定义分析模型的几何形状，本构关系和与之对应的材料特性用来表征模型在外力作用下的力学响应特性，边界和初始条件用来定义模型的初始状态（即边界条件发生变化或者受到扰动之前，模型所处的状态）。在定义完这些条件之后，即可进行求解获得模型的初始状态；接着执行开挖或变更其他条件，进而求解获得模型对模拟条件变更后作出的响应。5.3水泥土搅拌桩加固饱和黄土地基模型的建立5.3.1建立模型为了更加精确地对现场水泥土搅拌桩加固饱和黄土地基沉降进行数值模拟，建立的模型应尽量与现场情况一致。水泥土搅拌桩桩长8m，桩径0.5m，桩间距1.3m，按正三角形布置。路基顶面宽度12.6m，边坡坡度为1:1.5，路基填土高度为6m，褥垫层厚度为0.5m，水泥土搅拌桩处理的地基宽度为30.6m，共23根桩体，建模时桩外土体取地基两侧各往外延伸14.4m。复合地基土厚度为13m，其中加固区8m，下卧层5m。在实际工程中，水泥土搅拌桩复合地基一般是轴对称受力体系，所以可以取一半进行数值模拟，其模型如图5.2、图5.3所示。FLAC3D3.00Settings:ModelPerspective15:06:13WedFeb042015Center:Rotation:X:1.500e+001X:0.000Y:9.750e-001Y:0.000Z:-6.250e+000Z:0.000Dist:8.393e+001Mag.:1Ang.:22.500BlockGroupclaysandclayzhuangdiancengItascaConsultingGroup,Inc.Minneapolis,MNUSA图5.2路基填筑前模型图-61- 路堤荷载下水泥土搅拌桩加固饱和黄土地基沉降研究FLAC3D3.00Settings:ModelPerspective15:07:26WedFeb042015Center:Rotation:X:1.500e+001X:360.000Y:9.750e-001Y:360.000Z:-2.911e+000Z:360.000Dist:8.393e+001Mag.:1Ang.:22.500BlockGroupclaysandclayzhuangdiancenglujiItascaConsultingGroup,Inc.Minneapolis,MNUSA图5.3路基填筑6m时模型图5.3.2选取参数在数值模拟过程中，将地基土体分成2个土层：-8m~0m为砂质黄土，-13m~-8m为黏质黄土；定义水泥土搅拌桩桩体和路基填土为各向同性弹性模型，褥垫层与各层土体为摩尔—库伦模型。针对不同模型，赋予不同的材料参数。若为弹性模型，只需要赋予体积模量(bulk)与切变模量(shear)的参数值，其他参数可以通过公式求得。若为摩尔—库仑模型，则还需要粘聚力(cohesion)、内摩擦角(friction)、和抗拉强度(tension)的参数值。水泥土搅拌桩复合地基需要考虑桩与桩间土共同作用，必须定义三个接触面，第一个接触面为桩与桩间土接触，位于桩体圆周面上；第二个接触面为桩与下卧层土体接触，位于圆柱的下底面；第三个接触面为桩与褥垫层的接触，位于圆柱的上底面。材料参数与接触面参数的具体取值见表5.1、表5.2。设置边界条件时，将模型的侧面与底面的法向位移固定，具体的边界条件如下：(1)模型x=0m和x=30m处，固定了x方向的位移；(2)模型固定了y方向的位移；(3)模型z=-13m处，固定了x、y、z方向的位移。-62- 兰州交通大学硕士学位论文表5.1材料参数取值表3体积模量K剪切模量G黏聚力c内摩擦角单元密度(kg/m)(kPa)(kPa)(kPa)(°)aw=16%桩体20773.39e61.94e6//aw=20%桩体21603.80e61.80e6//砂质黄土18801.1e40.2e41720.5黏质黄土18604.58e42.75e41618.5垫层21001.7e41.25e4240路基填土20000.36e40.22e4//表5.2接触面参数取值表法向刚度模量kn切向刚度模量ks黏聚力c内摩擦角接触面(kPa)(kPa)(kPa)(°)桩体圆周面1.02e51.02e578.5桩体下底面1.02e51.02e578.5桩体上底面1.12e61.12e62405.4结果分析为了更加准确地模拟路基填筑过程中地基的沉降，将路基填土逐级施加，每级填筑0.5m，共填筑6m。每级荷载施加后，记录路基中心处和左线中心处的地基沉降值，包括桩顶沉降和桩间土沉降，从而与实际工程中的实测沉降进行对比分析。图5.4是水泥掺入量为16%时路基中心处与左线中心处的地基实测沉降与模拟沉降曲线图。从图中可以看出，路基填筑到3m时，实测沉降值与模拟沉降值相差很大，路基中心处的实测地基沉降值很小，仅为11mm，而模拟沉降值为58mm，是实测沉降值的5.3倍；左线中心处的实测地基沉降值为7.8mm，模拟沉降值为44mm，是实测沉降值的5.6倍。路基填筑到6m后，左线中心处的地基沉降模拟值为78mm，而实测的沉降值为47mm，相差31mm；路基中心处的地基沉降模拟值为102mm，实测的沉降值为68mm，相差34mm。模拟沉降值与实测沉降值相差依旧较大，因此可以得出数值模拟与实际工程存在一定的偏差。-63- 路堤荷载下水泥土搅拌桩加固饱和黄土地基沉降研究对比分析路基中心处与左线中心处的地基沉降模拟值，发现两条曲线沉降规律基本一致，沉降量逐渐增加没有发生突变。路基填筑到3m以后，路基中心处的地基下沉量明显比左线中心处的地基下沉量大。这一现象恰好验证了第三章得出的结论：在路基填筑的过程中，路基中心处的地基沉降量最大，越靠近地基边缘沉降值越小。填土高度/m0.511.522.533.544.555.560-20左线中心处沉降模拟-40左线中心处沉降实测-60路基中心处沉降模拟路基中心处沉降实测/mm-80值-100沉降-120图5.4aw=16%时左线中心与路基中心处地基实测与模拟沉降曲线图填土高度/m0.511.522.533.544.555.560-20左线中心处沉降模拟左线中心处沉降实测-40路基中心处沉降模拟-60路基中心处沉降实测/mm值-80沉降-100图5.5aw=20%时左线中心与路基中心处地基实测与模拟沉降曲线图图5.5为水泥掺入量为20%时路基中心处与左线中心处的地基实测沉降与模拟沉降曲线图。从图中可以看出，在路基中心处埋设的单点沉降计从路基开始填筑就记录着地基的沉降变化，其测得的沉降曲线与模拟的沉降曲线规律基本一致。路基填筑完成以后，实测的地基沉降值为88mm，模拟的沉降值为80mm，模拟值比实测值略小。分析原因-64- 兰州交通大学硕士学位论文为建模时，为了降低计算量，尽量减小不必要的网格划分，因此复合地基下卧层只取了5m，而实际工程情况要复杂的多。填土高度/m0.511.522.533.544.555.560-20a=16%沉降模拟-40a=20%沉降模拟-60-80/mm-100沉降量-120图5.6水泥掺入量不等时路基中心处地基模拟沉降曲线图填土高度/m0.511.522.533.544.555.560-10-20a=16%沉降实测-30a=20%沉降实测-40-50-60-70/mm-80-90沉降量-100图5.7水泥掺入量不等时路基中心处地基实测沉降曲线图由图5.6和图5.7可以看出，在数值模拟中，水泥土搅拌桩复合地基随着水泥掺入量的增加，其地基沉降量逐渐减小。当水泥掺入量为16%时，路基填筑6m，其中心处的地基沉降量为80mm；当水泥掺入量为20%时，路基填筑6m，其中心处的地基沉降量为102mm，水泥掺入量增加4%，沉降量减小了22mm。而在实际工程中，水泥掺入量从16%增加到20%，地基沉降量不但没有减小反而增加了。因此可以得出数值模拟与-65- 路堤荷载下水泥土搅拌桩加固饱和黄土地基沉降研究实测结果存在一定差距，数值模拟结果比较符合一般规律，可以为后续工程提供一定的参考价值，但是实际工程中要受到施工现场人为因素的影响，后续工程不可过于依赖数值模拟的结果。5.5本章小结本章应用FLAC3D软件对路堤荷载下水泥土搅拌桩复合地基的沉降变形特性进行模拟分析，结合现场的实际施工情况，采用上部荷载分级施加的方式来模拟路基填筑过程中的地基沉降变形。得出如下结论：(1)在路基填筑过程中，路基中心处的地基沉降量最大，越靠近地基边缘沉降量越小。路基中心处的模拟沉降曲线规律与左线中心处的数值模拟沉降曲线规律基本一致，水泥土搅拌桩复合地基沉降量逐渐增加，路基填筑初期沉降量较大，填筑4.5m以后，沉降曲线明显变缓。(2)将数值模拟结果与实测数据进行对比分析，发现模拟的地基沉降量比实测的地基沉降量大。水泥土搅拌桩复合地基随着水泥掺入量的增加，其地基沉降量逐渐减小。-66- 兰州交通大学硕士学位论文6结论与展望6.1结论本文基于兰州中川铁路DK48+430~DK49+030的600m试验段，采用水泥土搅拌桩复合地基加固饱和黄土，通过在地基中埋设单点沉降计，对路堤荷载下水泥土搅拌桩复合地基的沉降特性进行了监测分析，同时利用沉降数据进行回归分析，用适当的拟合曲线推算地基的最终沉降量，并应用FLAC3D软件进行复合地基沉降仿真模拟，得出如下结论：(1)随着路基填土高度的增加和时间的推进，水泥土搅拌桩复合地基沉降量逐渐增加，没有发生突变，桩身整体性良好。路基填筑时，地基沉降量变化较大，填筑完成后沉降曲线趋于平缓，地基的沉降主要发生在路基填筑过程中，其沉降量约占总沉降量的2/3。(2)同一横断面随着路基填土高度的增加，地基沉降曲线规律基本一致，但沉降量不同，路基中心处的地基沉降量最大，越靠近地基边缘沉降值越小。(3)在水泥土搅拌桩施工中，适当增加水泥掺入量可以明显减小复合地基的整体沉降量，效果显著。但是水泥掺入量也存在一个临界值，当掺量达到16%以后再继续增加水泥，复合地基沉降的控制效果提高不明显。(4)结合现场实测沉降数据，对比双曲线法、三点法和Asaoka法的拟合效果，发现双曲线法的相对误差最小，相关指数最大，拟合精度最高，拟合效果最好，三点法次之，Asaoka法误差较大。针对本工程水泥土搅拌桩复合地基加固饱和黄土，最佳的沉降拟合预测模型为双曲线模型。(5)分析三种方法预测的最终沉降量，得出水泥掺入量为16%时，路基中心的预测最终沉降为113mm，线路左线中心的预测最终沉降为73mm。(6)通过用FLAC3D数值模拟软件计算后发现，在路基填筑过程中，路基中心处的地基沉降量最大，越靠近地基边缘沉降量越小。将数值模拟结果与实测数据进行对比分析，得知模拟的地基沉降量比实测的地基沉降量大。在数值模拟中，水泥土搅拌桩复合地基随着水泥掺入量的增加，其地基沉降量逐渐减小。-67- 路堤荷载下水泥土搅拌桩加固饱和黄土地基沉降研究6.2展望本文通过现场的实测地基沉降数据，主要研究了水泥土搅拌桩复合地基加固饱和黄土的地基沉降特性。虽然取得了一定的成果，但还有一些未考虑到的因素和方面，主要有以下几点：(1)路堤荷载下水泥土搅拌桩复合地基是一个复杂的系统，其沉降特性受多种因素的制约，本文在有限的时间内分析了水泥掺入量对地基沉降的影响，还有其它因素有待研究，如桩长、桩间距等。(2)沉降预测的曲线拟合法是基于特定区域以及地质环境条件下，甚至掺杂了主观判断的因素，使得方法应用的普遍性存在困难，应加强各预测模型应用的普遍性。(3)利用FLAC3D软件进行路堤荷载下地基沉降的模拟过程中，没有考虑时间因素，也就是说忽略了路基填筑间歇期地基发生的沉降。-68- 兰州交通大学硕士学位论文致谢本文的选题，研究及写作过程中，自始至终都得到导师杨有海教授的悉心指导，杨老师学识渊博，治学态度严谨，具有丰富的工程实践经验。在三年的学习过程中，杨老师不仅教给我丰富的理论知识和做人的道理，同时还提供了很多工程实践的机会，这让我不但在专业理论知识上有了很大提高，而且积累了一定的实践经验。他的言传身教进一步铸造了我的科学的人生观和世界观，这将是我日后工作生活中的一笔巨大的财富。在此谨向恩师致以衷心的感谢和崇高的敬意!感谢兰州交通大学铁道技术学院岩土工程系刘永河老师在学习和工作上给予的指导和帮助！感谢同学吴鸿飞、石浩男、安芃芃、赵大同、任新，师弟师妹陈世雷、何海鹏、唐庆尧、杨莉、高国瑞等在现场测试和论文写作过程中给予的帮助。论文写作过程中得到了张天祺、张文、张正瑞等同学的帮助，在此表示感谢！感谢授课老师的谆谆教导，感谢朝夕相处的12级的研究生同学在学习和生活上对我的帮助和鼓励！衷心感谢父母对我的支持和无私奉献，在我的求学之路上给予力量，催我奋进，激励我前行，使我得以完成学业！-69- 路堤荷载下水泥土搅拌桩加固饱和黄土地基沉降研究参考文献[1]丁国新,白明洲,许兆义等.西安地区饱和软黄土工程地质特征研究[J].工程地质学报,2006,14(02):196-199.[2]高峰.浅谈大同地区饱和黄土的工程特性[J].铁道勘察,2008,33(01):40-41.[3]鞠兴华.水泥粉煤灰搅拌桩处理饱和黄土地基试验研究[D].西安:长安大学硕士学位论文,2010.[4]BruceDA,BruceMEC,DimillioAF.Deepmixingmethod:Aglobalperspective[J].CivilEngineering,1998,62(12):38-41.[5]HolmG.Thestateofpracticeindrydeepmixingmethods[C].3rdInternationalSpecialtyConferenceonGroutingandGroundTreatment,NewOrleans,USA,2003,145-163.[6]TerashiM.Thestateofpracticeindrydeepmixingmethods[C].3rdInternationalSpecialtyConferenceonGroutingandGroundTreatment,NewOrleans,USA,2003,25-49.[7]BruceDA.Practitioner’sguidetothedeepmixingmethod[J].GroundImprovement,2001,5(3):95-100.[8]PorbahaA.RecentadvancesindeepmixingresearchanddevelopmentintheUSA[C].Geo-Shanghai,ASCESpecialPublicationNo.152,2006,45-50.[9]YasuiS,YokozaWAK.Recenttechnicaltrendsindrymixing(DJM)inJapan[C].ProceedingsoftheInternationalConferenceonDeepMixing-BestPracticeandRecentAdvances,Stockholm,Sweden,2005,15-22.[10]GuntherJ,HolmG,WestbergG,etal.Modifieddrymixing(MDM)–anewpossibilityindeepmixing[C].GeotechnicalEngineeringforTransportation,2004,1375-1384.[11]Jelisic,N.&Leppanen,M.Massstabilizationoforganicsoilsandsoftclay[C].ASCEGeotechnicalSpecialPublicationNo.120,2003,552-561.[12]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):1-13.[13]ShenSL,MiuraN,KogaH.Interactionmechanismbetweendeepmixingcolumnandsurroundingclayduringinstallation[J].CanadianGeotechnicalJournal,2003,40(2):293-307.[14]叶观宝,廖星樾,高彦斌,等.长板—短桩工法处理高速公路软土地基的数值分析[J].岩土工程学报,2008,30(2):232-236.[15]刘松玉.排水粉喷桩复合地基操作方法[P].中国专利,CN1490469,2003.[16]刘松玉,储海岩,宫能和,等.双向搅拌桩的成桩操作方法[P].中国专利,ZL200410065862.9,2006.[17]刘松玉,宫能和,冯锦林,等.钉形水泥土搅拌桩操作方法[P].中国专利,ZL20041000065863.3,2007.[18]何开胜.水泥土搅拌桩的施工质量问题和解决方法[J].岩土力学,2002,23(6):778-781.[19]刘和元,刘松玉.超长水泥土搅拌桩复合地基性状研究[J].东南大学学报,1999,29(2):63-69.[20]席培胜,宫能和,储海岩,刘松玉.双向搅拌桩加固软土地基应用研究[J].施工技术,2007,36(1):5-8.-70- 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