堆载条件下软弱土地基基桩负摩阻力分布特性研究

发布时间：2017-08-19 22:23

  本文关键词：堆载条件下软弱土地基基桩负摩阻力分布特性研究

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【摘要】：近年来,随着高速铁路、高速公路高耸建筑物的迅速发展,桩基础由于其承载力高、沉降小、稳定性好等优点,在工程中得到了广泛地应用。而在实际工程中,一些特殊条件下出现的基桩负摩阻力会大大影响基桩的承载特性,如桩穿越较厚松散填土、自重湿陷性黄土、欠固结土等,或者桩周存在软弱土层,邻近桩侧地面承受局部较大的长期荷载等。负摩阻力可能发生在施工过程、上部结构使用前或使用过程中。对于端承桩,负摩阻力有可能造成桩身强度破坏或桩端持力层破坏;对于摩擦桩,负摩阻力会引起附加下沉,使上部结构沉降加大或产生不均匀沉降。在软弱土层中不同工况的加荷顺序在大面积堆载条件下对基桩的影响尤为显著,也十分有必要作进一步地研究。因此,本文采用室内模型试验和有限元数值模拟的方法,对大面积堆载条件下(考虑不同工况的加荷顺序)基桩负摩阻力的分布特性及中性点位置的分布进行了较为系统的讨论和分析。(1)首先总结了基桩负摩阻力的国内外研究现状,概括了基桩负摩阻力在理论研究、现场试验、室内模型试验以及数值模拟等方面的研究成果;在综述基桩负摩阻力的基础上,归纳总结了基桩负摩阻力的理论计算方法,介绍了中性点位置的确定办法以及下拉荷载的计算方法等,提出了本文的主要研究内容。(2)设计了室内模型试验方案,采用长为80cm、外径为3cm、内径为2.6cm的铝管模拟模型桩。通过一系列土工试验确定了地基土的基本力学参数,考虑了两种地基填土含水率(20%和25%)、两种下卧层(粉质粘土和粗砂)以及三种加荷方式(仅堆载、先堆载后桩载和先桩载后堆载再桩载),将试验工况分为12组,分别对基桩桩周土分层沉降、桩体沉降,中性点位置,桩身轴力、下拉荷载及桩侧摩阻力等分布的变化规律进行了试验研究。(3)通过模型试验可得:仅堆载作用下的基桩负摩阻力最大,中性点位置分布最深,先堆载后桩载作用下的负摩阻力最小;当含水率相同时,粗砂下卧层的桩侧负摩阻力区较大,中性点位置分布较深;当下卧层相同时,25%含水率的中性点位置稍深。通过对比分析桩-土相对位移和峰值轴力位置分别确定的中性点位置,本文提出了中性点位置的取值范围,粉质粘土下卧层时为0.51-0.60l,粗砂下卧层时为0.60-0.74l。(4)基于Midas/GTS有限元软件,依托某实际桥梁工程运营过程中地面堆载的情况,首先确定了单桩极限抗压承载力。然后对三种加载方式(仅堆载、先堆载后桩载和先桩载后堆载再桩载)下的基桩桩体沉降、中性点位置、桩身轴力、桩侧摩阻力等方面的变化规律进行了计算分析。数值分析结果得出:仅堆载作用下的中性点位置在0.53-0.63l处,这与模型试验结果十分接近;加载次序对桩体沉降、桩身轴力和桩侧摩阻力的分布影响较大。可得,先桩载后堆载再桩载作用下的基桩承载力较高。
【关键词】：基桩 负摩阻力 堆载 软弱地基 模型试验 数值模拟
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU473.1
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-18
• 1.1 研究的背景及意义11
• 1.2 基桩负摩阻力的研究现状11-16
• 1.2.1 理论研究12-13
• 1.2.2 现场试验13-14
• 1.2.3 模型试验14-15
• 1.2.4 数值模拟15-16
• 1.3 本文研究的内容16-18
• 2 基桩负摩阻力的计算方法18-25
• 2.1 概述18
• 2.2 基桩负摩阻力的特性18-19
• 2.3 基桩桩侧摩阻力的计算方法19-23
• 2.4 下拉荷载的计算23-24
• 2.5 本章小结24-25
• 3 堆载条件下基桩负摩阻力的模型试验25-34
• 3.1 概述25
• 3.1.1 模型试验25
• 3.1.2 试验目的25
• 3.2 模型试验方案的制定25-30
• 3.2.1 模型箱的制作25-26
• 3.2.2 模型桩的制作26-27
• 3.2.3 土样物理力学参数试验27-28
• 3.2.4 加载方式28-29
• 3.2.5 数据测试29-30
• 3.3 试验步骤30-33
• 3.3.1 试验工况30-31
• 3.3.2 试验步骤31
• 3.3.3 试验过程31-33
• 3.4 试验说明33
• 3.5 本章小结33-34
• 4 基桩负摩阻力模型试验结果分析34-58
• 4.1 堆载条件下单桩变形及承载特性分析34-42
• 4.1.1 沉降分析34-38
• 4.1.2 桩身轴力分析38-39
• 4.1.3 桩侧摩阻力分析39-42
• 4.2 先堆载后桩载作用下单桩变形及承载特性分析42-48
• 4.2.1 沉降分析42-45
• 4.2.2 桩身轴力分析45-47
• 4.2.3 桩身摩阻力分析47-48
• 4.3 先桩载后堆载再桩载作用下单桩变形及承载特性分析48-55
• 4.3.1 沉降分析48-52
• 4.3.2 桩身轴力分析52-54
• 4.3.3 桩身摩阻力分析54-55
• 4.4 对比分析55-57
• 4.5 本章小结57-58
• 5 堆载条件下基桩负摩阻力的有限元分析58-69
• 5.1 有限单元法与MIDAS/GTS软件介绍58-60
• 5.1.1 有限单元法介绍58
• 5.1.2 MIDAS/GTS软件介绍58-59
• 5.1.3 土体的本构方程59-60
• 5.2 基桩负摩阻力的有限元模型60-62
• 5.2.1 工程概况60
• 5.2.2 几何模型的建立60-61
• 5.2.3 模型计算工况61-62
• 5.3 数值模拟计算结果分析62-68
• 5.3.1 单桩竖向抗压极限承载力62
• 5.3.2 沉降分析62-64
• 5.3.3 桩身轴力分析64-66
• 5.3.4 桩身摩阻力分析66-68
• 5.4 本章小结68-69
• 6 结论及展望69-71
• 6.1 结论69-70
• 6.2 展望70-71
• 致谢71-72
• 参考文献72-76
• 攻读学位期间的研究成果76

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本文编号：703292