刚性桩复合地基桩土应力比的时效分析及计算方法

发布时间：2020-06-02 18:43

【摘要】：为了研究考虑时效的刚性桩复合地基桩土应力比计算方法,首先对桩体承载力和桩间土排水固结理论进行分析,假设桩间土体为均质材料,且考虑土体沉降时忽略桩体的存在,考虑到刚性桩复合地基仅在竖向排水固结,采用太沙基一维固结理论,开展了对桩体应力和桩间土应力时效性的研究。选取单根桩和其四周加固区的土体作为一个计算单元体进行分析,基于荷载传递法,得到计算单元体各组成部分的沉降变形关系,从而推导出刚性桩复合地基中各个构成部位之间的变形关系表达式。之后将桩侧摩阻力分布曲线进行合理简化,得到桩体应力和土体应力随深度变化的表达式,再联合之前得到的变形协调方程,可解得桩顶部位桩体应力和桩间土应力,引入考虑时效性的桩土应力比修正系数,从而推得考虑时间效应后的桩土应力比计算式。最后在某工程中使用该方法对其进行了计算分析,得到不同地质条件下桩土应力比随时间变化的关系曲线。研究结果表明:刚性桩复合地基中桩土应力比具有较为显著的时效特性,在实际计算中不能忽视,桩土应力比时效特性表现为随时间的推移而增大,当桩间土地基压缩模量减小时桩土应力比增大,桩土应力比出现峰值时,刚性桩受力最不利,设计中应加以考虑,随后桩土应力比有所减小,最后趋于稳定。
【图文】：

单元体,时计,荷载

维固结模型。２．１．１建立计算模型依照上述假定中的第１条，可选单根桩和其四周加固区的土体视作计算单元体来进行分析，计算单元体示意见图１，图１中，Ｓｘ，Ｓｙ均代表桩间距。图１计算单元体示意Ｆｉｇ．１ＳｃｈｅｍａｔｉｃｏｆＣａｌｃｕｌａｔｉｏｎＵｎｉｔ图２是在有上部荷载Ｐ时计算单元体的变形示意，图２中，ｈｃ为褥垫层厚度，Ｌ为刚性桩长度，Ｓ１为土体表面沉降值，Ｓ２为桩顶沉降值，Ｓ３为土体底面沉降值，Ｓ４为桩底沉降值，δ１为桩体伸入褥垫层的长度，δ２为桩体伸入下卧层的长度。图２有上部荷载时计算单元体的变形示意Ｆｉｇ．２ＳｃｈｅｍａｔｉｃｏｆＣａｌｃｕｌａｔｉｏｎＵｎｉｔＵｎｄｅｒＯｖｅｒｌｙｉｎｇＬｏａｄ２．１．２建立变形协调方程根据图２中计算单元体各组成部分的沉降变形关系，可得Ｓ１＝Ｓ２＋δ１（１１）Ｓ３＝Ｓ４－δ２（１２）Ｓｓ＝Ｓ１－Ｓ３（１３）δｐ＝Ｓ２－Ｓ４（１４）式中：Ｓｓ为桩间土的总体变形量；δｐ为桩体的总体变形量。将式（１１）、（１２）代入式（１３），结合式（１４）整理得Ｓｓ＝δ１＋δ２＋δｐ（１５）桩体刺入褥垫层和下卧层时，在中性面处的桩土相对位移为０，因此可以在中性面处把桩土分为上、下两部分。由式（１５）可以得到上、下两部分中桩土相互作用时的变形协调方程为Ｓｓｕ＝δ１＋δｐｕ（１６）Ｓｓｄ＝δ２＋δｐｄ（１

受力图,计算单元,受力,土体

式中：ｌ０为中性面位置所在的深度。τ（ｚ）为正数时，代表此时的摩阻力为负；τ（ｚ）为负数时，代表此时的摩阻力为正。２．２初始时刻桩土应力比的解析图５为计算单元体承受外部荷载的示意图，其中σｐ，σｓ分别为上部荷载通过褥垫层调节后作用在桩顶和土体表面的初始竖向应力，假定Ｐ是地基上部结构传至褥垫层表面的均布荷载，桩土的面积置换率为ｍ，可得下列公式［１８］Ｐ＝ｍσｐ＋（１－ｍ）σｓ（２０）图５计算单元体的受力简图Ｆｉｇ．５ＦｏｒｃｅＤｉａｇｒａｍｏｆＣａｌｃｕｌａｔｉｏｎＵｎｉｔ把土体的上表面当作参考面，在深度ｚ处取一个土体微单元体，并列平衡方程σｓｚＡｓ－（σｓｚ＋ｄσｓｚ）Ａｓ－τ（ｚ）ｕｐｄｚ＝０（２１）式中：σｓｚ为深度ｚ处土体的应力；Ａｓ为计算单元体内桩间土的总面积；ｕｐ为桩体的横截面周长，令λ＝ｕｐ／Ａｓ（２２）化简式（２１）可得ｄσｓｚｄｚ＋λτ（ｚ）＝０（２３）将式（１９）和式（２３）联立得σｓｚ＝λτ０２ｌ０ｚ２－λτ０ｚ＋Ｃ１（２４）在上部分土体中，当ｚ＝０时，，σｓｚ＝σｓ，把该边界条件代入式（２４），则有Ｃ１＝σｓ，最后再代入式（２４）有σｓｚ＝λτ０２ｌ０ｚ２－λτ０ｚ＋σｓ（２５）深度ｚ处刚性桩的桩身应力σｐｚ为σｐｚ＝σｐ＋１Ａｐ∫ｚ０τ（ｚ）ｕｐｄｚ（２６）

【参考文献】