土木工程論文開題報(bào)告模板
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論文題目：新建高速鐵路灌注樁施工對鄰近既有線橋墩—基礎(chǔ)的影響研究
一、選題背景
根據(jù)2008年國務(wù)院調(diào)整的《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》，截止到2020年我國將建成如圖1-1所示鐵路網(wǎng)。隨著鐵路建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，鐵路網(wǎng)不斷加密必然會(huì)存在大量新建線路交叉、并行臨近既有線等情況。鄰近營業(yè)既有鐵路施工不僅需要控制工程本身的安全風(fēng)險(xiǎn)，還需控制與營業(yè)線相互影響引起的安全風(fēng)險(xiǎn)。高鐵建設(shè)過程中采用高架橋技術(shù)可以避免與其它線路平面交叉，節(jié)省用地，同時(shí)由于線路的全封閉保證了運(yùn)行的安全性。樁基礎(chǔ)作為結(jié)構(gòu)物的主要基礎(chǔ)形式之一，由于具有承載力高、穩(wěn)定性好、沉降小、抗震性能好以及能適應(yīng)各種復(fù)雜地質(zhì)條件等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于交通、港口、工業(yè)與民用建筑等領(lǐng)域。在高速鐵路高架橋施工中為了有效控制沉降，保障高鐵運(yùn)行時(shí)線路的高平順性，樁基礎(chǔ)得到了廣泛應(yīng)用。灌注樁具有施工時(shí)無振動(dòng)、無擠土、噪音小等優(yōu)點(diǎn)，特別是在軟土地區(qū)，由于預(yù)制樁存在擠土效應(yīng)而受周圍環(huán)境制約，鉆孔灌注樁在施工中得到較為廣泛的應(yīng)用。樁基的廣泛應(yīng)用促進(jìn)了灌注樁的理論與實(shí)踐的快速發(fā)展。灌注樁廣泛應(yīng)用于高鐵施工中。灌注樁施工是一個(gè)樁與周圍環(huán)境不斷相互作用的過程。灌注樁施工主要包括：(1)樁孔定位，泥衆(zhòng)制備;(2)鉆孔與灌注泥裝;(3)排査清空;(4)灌注混凝土。其中鉆孔與灌注泥裝、灌注混凝土及后期混凝土硬化承受上部荷載過程都會(huì)引起周圍土體應(yīng)力變化。若處理不當(dāng)，會(huì)引起周邊的環(huán)境問題，影響到鄰近既有鐵線路運(yùn)行的安全性。
二、研究目的和意義
樁側(cè)荷載傳遞取決于樁土接觸面粗糙度、樁與土之間水平有效應(yīng)力大小以及土的剪切特性。其中樁土接觸面粗糖度依賴于施工方法和施工機(jī)械，通常來說，對于給定土層，同樣施工條件下，各樁的樁土接觸面粗糖度相差不大。而水平有效應(yīng)力和土的剪切性能取決于鉆孔時(shí)間、鉆孔置空時(shí)間、饒注混凝土前孔內(nèi)水壓力等土體現(xiàn)場應(yīng)力條件以及施工的一些具體細(xì)節(jié)影響。
三、本文研究涉及的主要理論
饒明貴(2003)[3]對既有線旁鉆孔灌注樁施工方法進(jìn)行了研宄，通過受力計(jì)算，結(jié)合相關(guān)地質(zhì)條件，提出在一種可用于臨近既有線的鉆孔灌注樁的施工方法。羅鵬(2008)對鄰近既有線路橋梁挖孔樁基礎(chǔ)施工安全性分析進(jìn)行了研宄。由于土溪左、右雙線大橋臨近既有土溪大橋，施工設(shè)計(jì)圖考慮施工時(shí)可能影響既有線橋基礎(chǔ)，因此將新建橋壤的柱基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為鉆孔樁。經(jīng)過施工方對現(xiàn)場勘察及力學(xué)分析后，決定將其改為挖孔樁施工。經(jīng)實(shí)踐證明，此項(xiàng)措施不僅是安全可行的，還可大大節(jié)約成本。吳慶潤(2012)以上海某高架橋鉆孔樁工程為例，介紹了大直徑超深鉆孔灌注柱施工中高護(hù)筒、清障、分層鉆進(jìn)、小鉆頭引孔等技術(shù)在鄰近既有鐵路施工中的應(yīng)用。實(shí)踐證明，該技術(shù)可有效解決了施工中大直徑超深鉆孔樁施工，地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜等技術(shù)難題，為今后類似工程的施工提供了借鑒。朱建才(2012)進(jìn)行了鉆孔樁施工對既有橋橋墩安全性影響試驗(yàn)研宄，結(jié)果表明：鉆孔樁施工對周圍土體水平位移影響范圍一般在5倍樁徑范圍之內(nèi)，引起的最大沉降量僅為5imn。對周圍土壓力和孔隙水壓力影響不大，新橋鉆孔樁施工對錢江二橋安全基本不存在影響。
Gunn et al (1993) 利用平面有限元方法模擬了鉆孔灌注柱施工過程。在此模擬方法中架護(hù)壁釆用由y = 12kN/rn3的自重應(yīng)力產(chǎn)生的靜水壓力，并假定開挖過程中不透水�；炷琉堊⑦^程采用全混凝土壓力，從底部開始換置泥衆(zhòng)。隨后，因新鮮混凝土而產(chǎn)生的靜水壓力被換成硬混凝土材料。F.C.Schroeder(2004) 首先利用軸對稱平面有限元分析了鉆孔灌注樁施工對附近既有降道造成的.影響。其進(jìn)行了三種工況計(jì)算：前兩個(gè)工況未計(jì)入險(xiǎn)道存在，第三個(gè)工況模擬降道的開挖后續(xù)效果。此后，該文進(jìn)行了三維有限元計(jì)算分析，但由于其程序限制，僅模擬了干鉆孔的樁基施工，未能分析伴有泥菜護(hù)壁過程的灌注柱施工過程。陳隆(2010) 使用Abaqus對灌注樁群樁施工進(jìn)行模擬，考慮了泥裝護(hù)壁、混凝土硬化、分級加載等因素，得到考慮施工過程對灌注樁承載力的影響。李智彥(2013)采用三維數(shù)值模擬，對新建橋梁的鉆孔灌注樁施工進(jìn)行計(jì)算，預(yù)測了灌注施工各施工條件下對周圍土體應(yīng)力和變形的影響，并提出相應(yīng)的施工建議。高曉燕(2015)運(yùn)用Plaxis3DFoundation建立了某地鐵線樁板結(jié)構(gòu)的鉆孔灌注樁施工三維有限元模型，采用應(yīng)力釋放模擬了鉆孔樁施工。
四、本文研究的主要內(nèi)容
本研究在國內(nèi)外己有研究的基礎(chǔ)上，主要進(jìn)行以下研究工作：(1)對己有文獻(xiàn)進(jìn)行仔細(xì)研讀，深刻理解掌握灌注披施工對周圍環(huán)境及建筑影響產(chǎn)生的作用機(jī)理，研宄國內(nèi)外最新的相關(guān)成果。(2)闡述被動(dòng)樁計(jì)算方法中的地基反力法計(jì)算理論。針對具體實(shí)例，分別使用地基反力法及有限元法計(jì)算，對兩種方法進(jìn)行比較。(3)模擬灌注樁單樁施工過程，分析灌注樁施工引起的周圍土體位移及應(yīng)力變化。(4)使用有限元軟件Abaqus模擬灌注樁群樁施工對臨近客運(yùn)專線橋梁影響。解決模型計(jì)算分析中遇到的難題，如施工階段分步問題、土體本構(gòu)模型參數(shù)選取問題、被動(dòng)樁樁土接觸問題。借助于有限元軟件的強(qiáng)大的非線性計(jì)算技術(shù)分析灌注樁施工對周圍土體乃至橋填-基礎(chǔ)系統(tǒng)的影響。
五、寫作提綱
致謝 5-6
摘要 6-7
ABSTRACT 7-8
1 緒論 12-26
1.1 研究背景 12-14
1.2 灌注樁臨近既有樁基施工研究現(xiàn)狀 14-17
1.2.1 灌注樁臨近既有樁基礎(chǔ)施工方法研究 14
1.2.2 灌注樁施工數(shù)值模擬研究 14-15
1.2.3 灌注樁施工引起的周圍地基土空間變形研究 15-17
1.3 國內(nèi)外被動(dòng)樁研究現(xiàn)狀 17-23
1.3.1 現(xiàn)場測試法 17-18
1.3.2 室內(nèi)試驗(yàn) 18-20
1.3.3 理論分析方法 20-22
1.3.4 數(shù)值模擬法 22
1.3.5 研究現(xiàn)狀評述 22-23
1.4 研究工作內(nèi)容 23
1.5 技術(shù)難點(diǎn) 23
1.6 研究方法與技術(shù)路線 23-26
2 土體側(cè)移作用下被動(dòng)樁地基反力法與有限元法對比 26-40
2.1 被動(dòng)樁地基反力法求解 26-30
2.1.1 地基反力法假定 26-27
2.1.2 樁土相互作用的計(jì)算模型 27-28
2.1.3 水平位移控制方程 28-29
2.1.4 方程的求解 29-30
2.2 基坑開挖對鄰近既有樁影響 30-38
2.2.1 模型數(shù)據(jù) 30-32
2.2.2 地基反力法求解樁水平位移 32-33
2.2.3 有限元法求解樁水平位移及附加彎矩 33-35
2.2.4 理論解與有限元數(shù)值解對比 35-38
2.3 小結(jié) 38-40
3 鉆孔灌注樁施工過程的三維有限元模擬 40-62
3.1 ABAQUS介紹 40-41
3.2 有限元法分析灌注樁施工過程主要難題 41-44
3.2.1 地應(yīng)力平衡問題 41-42
3.2.2 有限變形問題 42
3.2.3 接觸問題 42-43
3.2.4 生死單元問題 43
3.2.5 空隙水壓力問題 43
3.2.6 混凝土硬化問題 43-44
3.3 灌注樁施工基本假定及建模過程 44-46
3.3.1 基本假定 44-45
3.3.2 灌注樁施工過程在Abaqus中的模擬 45-46
3.4 灌注樁單樁施工有限元分析 46-49
3.4.1 模型尺寸 46-47
3.4.2 模型參數(shù)選取 47-48
3.4.3 施工階段劃分 48-49
3.5 灌注樁對周圍土體影響研究 49-61
3.5.1 地應(yīng)力平衡計(jì)算 49-50
3.5.2 樁孔開挖與灌注泥漿 50-57
3.5.3 混凝土澆注及硬化的模擬 57-59
3.5.4 承受上部荷載 59-61
3.6 本章小結(jié) 61-62
4 灌注樁群樁施工對既有線橋墩-基礎(chǔ)影響研究 62-92
4.1 工程概述與評估位置選取 62-64
4.1.1 工程概述 62-63
4.1.2 評估點(diǎn)橋墩、承臺(tái)、樁基的布置及尺寸 63-64
4.2 有限元建模 64-72
4.2.1 基本假定 64
4.2.2 參數(shù)選取 64-65
4.2.3 模型尺寸、網(wǎng)格劃分及邊界處理 65-68
4.2.4 荷載施工階段劃分及初始狀態(tài)位移計(jì)算 68-72
4.3 群樁施工對既有線樁基影響研究 72-84
4.3.1 施工過程中既有線樁基總位移變化 72-74
4.3.2 各施工階段樁基位移分析 74-84
4.4 新線群樁施工對既有線承臺(tái)、墩臺(tái)位移影響研究 84-89
4.4.1 施工過程對橋墩、承臺(tái)位移的影響 84-86
4.4.2 各施工階段承臺(tái)—橋墩位移具體分析 86-89
4.5 施工過程既有線位移最大值對比 89-90
4.6 本章小結(jié) 90-92
5 結(jié)論與展望 92-94
5.1 結(jié)論 92
5.2 展望 92-94
參考文獻(xiàn) 94-98
六、目前已經(jīng)閱讀的主要文獻(xiàn)
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