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随着我国城市化的发展,产生了数量庞大的建筑垃圾,引发环境和社会问题。利用建筑垃圾进行堆山可以大量利用建筑垃圾,改善城市景观,经济社会效益和环境保护效果显著。
堆山工程占地面积可达数十万平方米,高度可达50米,荷载面积和强度巨大,须评估并保证地基和山体的稳定。此外,大面积高强度堆载对工程周边环境影响较大,应采取措施对工程周边变形进行控制。
本文研究了大面积高强度堆载工程地基破坏模式和计算方法,并针对破坏模式建议了相应的工程对策;提出了在工程周边设置成排竖向卸荷孔以控制周边变形的方法,并对竖向卸荷孔的工作机理、设计方法和效果进行了比较系统的研究,主要研究工作和创新性成果如下:(1)传统地基极限承载力公式是基于均布刚性荷载假定建立的,本文采用有限元方法研究了其对堆山形成的梯形柔性荷载的适用性。研究表明,梯形柔性荷载与等值刚性荷载作用下的地基塑性区分布有所不同,但地基破坏时的平均沉降基本相同,荷载-平均沉降关系(p-s曲线)基本一致,由此确定的地基极限承载力与传统公式结果接近,证明传统地基极限承载力公式可用于梯形柔性荷载。
(2)大面积高强度堆载影响深度大,影响深度范围内各层地基承载力均须校核。对砂土模型试验结果表明,如不考虑变形限制,地基砂土层极限承载力远大于理论计算值,可满足堆山要求。
对饱和黏土地基,采用不排水指标计算的地基极限承载力一般不能满足要求,本文建议了采取打设排水板(或砂井)加速排水固结以及严格控制施工速率的工程对策,并基于地基极限承载力公式和强度增长理论建议了施工设计方法。(3)确定饱和黏土地基上竖向圆孔(如竖井)的极限稳定深度是一个古老而现实的工程问题,有关研究尚不多见。
本文将平面应变条件下的极限平衡分析方法扩展到轴对称条件,通过轴对称条件下含圆柱体竖向孔地基的极限平衡分析建立了竖向圆孔极限稳定深度和土体参数、圆孔几何参数之间的关系,并应用到案例工程竖向卸荷孔极限稳定深度的确定。(4面应变问题土压力解答,过于保守。
本文建立了基于极值原理的轴对称主动土压力问题滑移线解法,并通过模型试验进行了验证。该解答可验证桩孔工程中泥浆护壁措施的有效性,并应用于工程案例作为卸荷孔支护结构的设计依据。
(5)提出了在大面积高强度堆载工程周边布置成排卸荷孔以控制周边变形的方法,并通过有限元与无限元耦合分析和工程实例分析验证了其有效性。(6)炉渣是常见的工业废料,对不同配合比的炉渣石灰混合料进行击实试验、无侧限抗压强度试验和膨胀性试验,表明该材料强度较高且容重较小,可用作大面积高强度堆载工程垫层材料。