论文总字数：26841字

摘 要

软土地基广泛分布于我国滨海及内陆河湖地区，具有孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低、透水性差等特点，属于一种不良地质状况。当公路建设中需跨越软土地基时，常采用水泥土搅拌桩复合地基来进行软基处理，以达到提高公路路基的稳定性和承载能力的目的。水泥土搅拌桩采用水泥作为固化剂，通过特制的深层搅拌机械，将水泥浆液或水泥粉体送入地基土内，实现软土与固化剂原位拌和。利用软土和水泥之间发生的一系列复杂物理化学反应，使水泥加固土成为具有一定强度的桩体。

本文为探究水泥土搅拌桩的膨胀收缩特性，简要分析了水泥土搅拌桩的固化机理，采用室内实验的手段，成型了不同水泥掺加量的水泥土试件，通过试件固化过程的观察和测量，得出了水泥土成型过程体积收缩的特性,测量了其收缩量，并换算成水泥土的线收缩系数。

在上述基础上, 利用Abaqus软件建立了水泥土搅拌桩单桩及土基有限元模型，采用最大的线收缩率作为搅拌桩收缩参数,模拟分析了水泥土搅拌桩的收缩特性对周边土体的影响。

关键词：水泥土搅拌桩 ；膨胀收缩特性；室内实验；数值分析

Abstract

Soft ground is widely distributed in coastal area and inland area with river and lake in China. It is a kind of bad geology with the following characteristics: Large void ratio, high compressibility, low shear strength and poor water permeability. In order to improve the stability and bearing capacity of the road subgrade, the cement-soil mixing pile composite foundation is often used to treat the soft ground when the highway construction needs to cross it. The cement-soil mixing pile adopts cement as a curing agent. The cement slurry or cement powder is sent into the foundation soil by a special deep-mixing machine to realize the in-situ mixing of the soft soil and the curing agent. After a series of complex physical and chemical reactions between soft soil and cement, cement-consolidated soil becomes a pile with a certain strength.

The expansion and contraction characteristics of cement-soil mixing piles is explored and the curing mechanism of cement soil mixing pile is briefly analyzed in this article. The cement-consolidated soil specimens which have the same water content and different cement content are made in laboratory. The contraction phenomenon of cement-soil samples is observed and their amount of contraction is measured. Besides, the contraction value is converted into linear shrinkage

Based on the above, the single cement-soil mixing pile and soil base model is established in Abaqus and the maximum linear shrinkage is used as the shrinkage parameter of mixing pile. The influence of contraction of cement-soil mixing piles on surrounding soil is analyzed.

KEY WORDS: cement-soil mixing pile; expansion and contraction characteristics; lab experiment; numerical analysis

目 录

摘要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 研究现状 1

1.3 研究内容 4

1.4 研究技术路线 4

第二章 水泥土的固化机理及Abaqus有限元本构模型选择 6

2.1 水泥土的固化机理 6

2.2 Abaqus有限元本构模型选择 7

第三章 探究水泥土试样收缩（膨胀）特性的室内实验 9

3.1实验目的 9

3.2实验背景及方案 9

3.3实验所需仪器 9

3.4实验过程 10

3.5实验结果分析 14

3.6本章小结 15

第四章 水泥土搅拌桩收缩对周边土体影响的有限元模拟 16

4.1Abaqus有限元模拟 16

4.1.1水泥土搅拌桩及土基有限元模型的建立 16

4.1.2网格划分 18

4.1.3结果分析 20

4.2本章小结 24

第五章 结论及不足 25

5.1结论 25

5.2不足 25

致谢 27

参考文献 28

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

近二十年来，我国基础建设事业取得了举世瞩目的成绩，交通建设过程中难免会遇见软弱地基，水泥土搅拌桩复合地基是软弱地基处理的常用方法。水泥土搅拌桩以水泥作为固化剂，通过专用的施工机械，将水泥粉或水泥浆喷入地基中，凭借钻头叶片的旋转，使水泥与原位土强制搅拌并得到充分混合，土和固化剂之间发生一系列的物理化学反应，从而使土体硬结，形成具有整体性强、水稳性好和承载力高的桩体。

水泥加固土具有最大限度的利用原位土，搅拌时无振动和无噪声，对环境影响较小，加固形式灵活、经济等优点，同时又具有费用低、施工方便、作业面小等优越性，广泛应用软土地基处理，因此发展前景乐观。当前，关于水泥土搅拌桩的研究并不完全，水泥土搅拌桩性能提高还有很大空间。

水泥土搅拌桩与周围土体共同组成复合地基，在荷载作用下，基体和增强体共同承担荷载的作用。目前，对水泥土的研究多集中在水泥土搅拌桩力学性能方面，综合已有研究成果发现主要研究方向为：掺加剂的种类和性能，影响强度的因素、沉降变形、施工方法及质量控制、新型水泥土搅拌桩。 对于水泥土搅拌桩的膨胀收缩特性的研究并不多，而水泥土搅拌桩的膨胀或收缩必然对周围土体产生影响，两者的相互作用进一步是否会对水泥土搅拌桩复合地基的承载力造成一定影响还未得到充分研究。在彻底弄清水泥土搅拌桩的膨胀或收缩对周围土体的影响后，可据此对水泥土搅拌桩的设计及施工做出优化，以实现水泥土搅拌桩复合地基更优异的工作性能。所以对水泥土搅拌桩的膨胀收缩特性的研究是十分有意义的。

1.2 研究现状

水泥土搅拌桩法在上世纪40年代发源于美国，50年代在日本得到推广应用，直到70年代才传入我国。经过接近70年时间的发展，水泥土搅拌桩凭借其施工方法简便、成型时间短、经济性高等优点，在基坑围护、多层住宅的地基、道路基础处理等工程实践中得到大量应用，大批学者对水泥土搅拌桩进行了广泛而深入的研究。

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