优秀工程硕士学校毕业论文

这是一篇工程硕士论文，我们的工程硕士教育诞生于中国经济体制转型期，既是应社会需求而产生，也是研究生教育发展的必然结果。实践证明，工程硕士专业学位是一种适宜我国国情的学位类型和人才培养规格。从发展的势头看，工程硕士教育充斥着着活力。优秀工程硕士学校毕业论文第一篇第一章 绪 论1.1 引言高速公路和高等级公路的建设目前仍处在高峰期，其中软土地基处理技术已成为高速公路投资和管理单位关心的焦点之一，这是因为软基处理方法不仅对工程质量和施工工期有着重大影响，而且对高速公路建设的经济效益有着显著的影响。据统计，截止2021年底，贵州高速公路通车总里程达到2600公里。目前，贵州省确定了新的高速公路建设实现目标，2021年，新增高速公路651公里，实现高速公路通车里程3281公里；2021年，新增高速公路463公里，实现高速公路通车里程3744公里；2021年，新增高速公路1431公里，实现高速公路通车里程5175公里。与内陆平原、长江中下游、沿海地区软土情况相比，贵州省软土地基有其自身的特点，由于贵州复杂地形、地貌，气候潮湿、多雨，且多山间沟壑，其形成的软土地基，常常地质状况比较复杂，处理难度较大。随着贵州高速公路建设的推进，遇到的软土地基问题亦会不断增加，软土地基的多样性、复杂性也会越来越明显。这需要引起广大工程技术人员足够重视。由于高速公路建设不可避免的经过软土地区，而软土的天然含水量高、强度低、透水性差、压缩性高的特点，这给建成后高速公路工程的稳定性带来了较大的影响。软基处理会影响高速公路工程的建设进度、质量、使用功能和工程造价。若处理不当，严重的会造成工程事故。因此针对贵州高原山区特殊的软土性质、分布及工程特性条件，系统、深入地研究适用于贵州高速公路软土地基的处理方法显然是必要的。1.2 CFG 桩复合地基研究现状我国对CFG桩复合地基的研究开始于上世纪80年代，90年代作为国家级重点技术，广泛应用于多层和高层建筑地基处理上，取得了良好的效果。通过纵多专家学者近20年的研究，取得了丰厚的研究成果。现在，CFG桩复合地基技术也逐渐应用于高速公路深厚软土地基的处理上。但这方面的理论研究远远落后于实践。目前，CFG桩复合地基的研究方法主要有三个方面: 理论方面、试验研究方面、数值模拟方面等。Cata等[2]假定桩侧摩擦阻力与桩土的相对位移满足弹性变化规律，得到桩分担的荷载与桩顶沉降的关系式，根据等应变假定，土体位移等于桩顶位移，从而导出土分担的荷载与土体沉降关系式。张东刚[3]通过现场荷载试验和模型试验,分析了CFG桩复合地基在线性变形阶段桩间土以及桩尖下卧层的变形,提出了复合地基在线性阶段的变形计算方法。Estrom等[4]认为不能考虑桩顶发生向上刺入的情况，仅适于刚性基础的沉降计算，对于柔性荷载不适用。Alamgir[5]等通过假定桩和桩间土均弹性体，在选择合适的典型单元体变形模式的基础上，利用典型单元体侧面零剪应力桩土界面位移协调条件，通过各桩、桩间土单元的平衡分析给出了柔性基础下承桩复合地基中桩和桩周土的附加应力和沉降计算的表述式。刘杰[6]等完善了复合本构有限元法，推导出了柔性基础下群桩复合地基加固区内桩及桩周土压缩模量计算的解析式，同时得出了桩、桩周土中竖向应力及桩侧剪应力计算的解析式。第二章 山区的软土性质以及常用的软土地基处理方法2.1 软土的概念、成因及分类与特征软土是一种特殊的土质。不同行业对软土的定义不相同，总的来说，软土一般都是指由细粒土为主组成的天然含水量高、天然孔隙比大、参透性小、高压缩性、抗剪强度低、承载力低和有高灵敏度的软塑到流塑现实的土层。其包括淤泥、淤泥质土、泥炭以及高压缩性饱和粉土、粘性土等。淤泥和淤泥质土是指在静水或缓流环境中沉积，经过生物化学作用最终形成的含有较多有机物的土。其中淤泥的天然空隙比 e 1.5，淤泥质土的天然空隙比 1 .0 e 1.5。泥炭是喜水植物遗体在缺氧条件下缓慢分解形成的含有未分解的有机物大于60%的土。表2-1给出了软土鉴别的主要物理力学性质指标[43]。软土在我国的分布十分广泛，是第四纪后期于沿海地区的滨海沉积，内陆平原或山区的湖泊沉积，内陆河流等流水环境中的河滩沉积、山区流水冲刷山谷形成的谷地沉积和冲击洪积沼泽相等形成静水或十分缓慢的流水环境的沼泽沉积，并经生物化学作用形成的饱和软粘性土。由此可见，我国软土按其成因分为滨海沉积、湖泊沉积、河滩沉积、谷地沉积。按沉积环境不同分为滨海相、三角洲相、泻湖相、溺谷相、湖相、河床相、河漫滩相、牛轭湖相、谷地相九种类型，如表2.2。2.2 软土工程性质由于软土的成因及影响其工程性质的条件复杂多变，软土地基的强度、变形的变化与土的类型、物理性质、边界排水条件、时间等因素关于，故工程类型不尽相同。因此处理软土地基，使其达到所需的处理效果，就要对软土的基本工程性质及影响工程性质变化的因素有所了解。贵州位于云贵高原东部，属于高原山地地貌,地势东低西高,山区岩溶分布广泛,气候温暖湿润,属亚热带湿润季风气候, 气候呈多样性,降水较多。贵州拥有特定的地理位置和复杂的地形地貌,这形成了贵州复杂多样的气候和生态环境。山区的软土的形成与其地形地貌、地质构造、地层岩性、气候环境与水文地质条件等有密切的联系。正是贵州境内复杂地形、地貌，气候潮湿、多雨，且多山间沟壑，为贵州软土的形成提供了良好的条件，并有着自身的特点。贵州软土为山区谷地相软土，其与长江中下游平原地区和沿海地区的软土不同。其成因主要是地表水搬运作用强烈，当地的软岩风化物和地表的有机物质在地表水的搬运过程中，沉积于地形的低洼或山间谷地处，由于排水能力较差，处于长时间的饱水软化现实，再通过生物分解作用而形成软土。第三章 CFG 桩复合地基概念与基本理论..........173.1 CFG 桩复合地基概述 ....... 173.2 CFG 桩的概念和基本特性 .......... 183.2.1 CFG 桩概念.......... 183.2.2 CFG 桩的基本特性.... 183.3 褥垫层的概念和合理厚度.......... 193.3.1 褥垫层概念.......... 193.3.2 褥垫层的合理厚度 .......... 193.4 CFG 桩复合地基作用机理 .......... 193.4.1 加固区桩-土作用机理........ 193.4.2 褥垫层作用机理...... 203.4.3 路堤填土拱效应...... 213.5 CFG 桩复合地基设计计算 .......... 213.6 本章小结 .......... 29第四章 CFG 桩复合地基试验研究.........304.1 软土工程条件介绍 ......... 304.2 CFG 桩复合地基设计情况 .......... 344.3 CFG 桩复合地基离心试验研究 ...... 344.4 CFG 桩复合地基现场试验研究 ...... 444.5 经济性分析........ 574.6 本章小结.......... 57第五章 CFG 桩复合地基的优化设计..........585.1 优化设计概况 ...... 585.2 最优化设计理论 .... 585.3 复合地基设计思路 ......... 605.4 数值计算软件 MATLAB 简介......... 625.5 CFG 桩复合地基的优化设计 ........ 635.6 本章小结 .......... 70第五章 CFG 桩复合地基的优化设计与数值分析5.1 优化设计概况优化设计的宗旨是合理地利用提供材料的性能，不仅使得设计达到了预期的目的，还有效的降低工程造价，使得设计最终达到安全、经济、适用的目标。目前，优化设计方法有三种[42]：①第一种，在设计时，确定多种不同的设计方案，然后对这些方案进行多方面比选，确定最优的方案。由于这种方法工作量比较大，实践中往往只能确定几个方案，对这几个方案做比选。这种方法得到的优化解往往与最优解有较大的差距。②第二种，在工程的相关概念上进行优化设计的方法，比如准则法，此种方法应用较少。③第三种，通过建立数学规划模型，应用一定的数学理论知识对该模型进行优化设计，最终得到最优解。但很多模型计算复杂，计算量大。随着计算机的发展，很多数学问题可以运用计算机快捷的得到所需的解。这为应用数学规划模型进行优化设计提供了良好的工具。使得模型复杂，计算量大，人工难以解决的计算问题得到有效解决。故此方法不仅有了坚实的数学理论基础，并有了能够广泛使用的可能性，有着较好的应用前景。第三种优化设计方法对设计人员的设计水平的提高有着很大的好处。这种方法不仅可以避免人为因素对设计的影响，还能达到较高的求解精度。将其应用于CFG 桩复合地基设计中，需要考虑到 CFG 桩复合地基的设计的复杂性，此方法能不能对其进行优化计算。在优化模型建立时，往往根据已有的工程经验，去除不可行的因素，使设计变量、约束条件都在可行的范围内，为优化设计能够减少耗时以及达到收敛打下基础。结论CFG 桩在加固高层建筑与客运专线软土地基中，应用得越来越广泛，技术比较成熟稳重，相应的理论也比较完善。但目前在高路堤荷载下 CFG 桩加固软土地基的理论与设计方法不够成熟稳重，有待进一步研究。在高路堤荷载条件下对于 CFG 桩加固软土地基承载特性和沉降性状的研究对贵州山区高速公路建设具有重要的工程价值。本文基于遵毕高速十八合同段软土地基示范工程，对 CFG 桩加固高路堤软基进行了进一步研究分析。展开的研究工作主要有以下几方面：（1）对贵州软土的成因与特点，贵州山区常用的软基处理方法进行了调查研究。（2）对 CFG 桩复合地基的工作机理进行了详细阐述，分析了本示范工程采用的 CFG 桩复合地基承载力和沉降的计算方法，并对 CFG 桩复合地基的设计参数合理选取进行了分析。（3）基于本示范工程段 CFG 桩加固软土地基的设计方案，对设计方案进行离心试验模型研究，并进行了示范工程现场试验研究，较深入的分析了示范工程用 CFG 桩加固软基的处理效果。（4）利用 MATLAB 软件，根据新的设计思路（按承载力和沉降量双重控制设计）对本示范工程 CFG 桩加固软土地基进行了优化设计分析。参考文献（略）