桩端桩侧扰动对桩承载力及变形的影响

发布时间：2020-03-20 06:29

【摘要】：桩端桩侧扰动纠倾法是在桩单侧或双侧设置扰动孔,采用定向水射流扰动桩侧或桩端土体,降低桩的部分侧阻力或端阻力,促使桩基础产生竖向向下的位移。达到纠倾的沉降量要求时,再根据其具体的土质条件,采取定向水泥浆射流等加固方法,恢复桩侧或桩端阻力。与截桩纠倾等方法相比,桩端桩侧扰动纠倾受地基土类别影响较小,不必开挖工作井或工作沟,特别适合在地下水位较高、土质较差时使用;因而该纠倾方法更加经济实用。但在应用桩端桩侧扰动纠倾法的过程中,桩侧摩阻力和桩端阻力的降低程度无法确定,若扰动对地基承载力的削弱作用过大,桩周与桩端土体则会形成连续滑动面,地基稳定性遭到破坏。因此,为使该纠倾方法更加安全可控,对其进行理论研究及数值模拟分析是非常有必要的。利用MIDAS/GTS有限元分析软件建立三维数值模型,进行数值模拟计算。分析了扰动深度、扰动角度、扰动位置及桩周、桩端土体,桩身刚度等对单桩承载力及变形的影响,以及扰动后桩周土体塑性区的影响范围。本文主要研究内容如下:(1)分析研究了桩周扰动土的深度、扰动角度及位置对桩承载力及变形的影响。结果表明,扰动深度及角度越大,桩身位移越大。相同条件下,双侧扰动桩身沉降大于单侧扰动。随扰动深度的增大,桩向下刺入土体发生破坏。单侧扰动出现连续滑动面的扰动深度,较双侧扰动时扰动深度更小。建立模型对比发现,扰动角度为60°双侧扰动12m时单桩沉降量最大,但桩周土体与桩端土体可能会形成连续滑动面。(2)分析研究了桩端土扰动对单桩承载力及变形的影响,相同扰动角度条件下,扰动桩端土的单桩沉降量较大。但塑性区开展范围较大,若控制不当,极易造成桩周土体形成连续滑动面。(3)分析研究了桩周土模量、桩端土模量及桩身刚度对桩承载力及变形的影响。结果表明,扰动深度与角度相同的情况下,随桩周土体模量及桩端土模量的增加,桩的沉降减小。桩身刚度对扰动条件下的单桩承载力及变形影响较小,因此不需考虑桩身刚度的影响。(4)将有限元分析软件数值模拟的沉降结果与工程实例中实际沉降数据进行对比分析。结果表明,沉降趋势一致且数据差异较小,说明采用MIDAS/GTS NX软件建立三维数值模型来模拟桩端桩侧扰动法纠倾过程是可行的。对桩周桩端塑性区的开展情况进行分析研究,可为采用桩端桩侧扰动法的纠倾工程提供一定的安全指导与保障。
【图文】：

曲线,屈服曲线,屈服面

ｃｒｊ邋（１邋－邋ｓｉｎ邋ｃｐ）邋－邋ｃｒ３邋（１邋＋邋ｓｉｎ邋ｃｐ）邋－邋２ｃ邋ｃｏｓ邋ｃｐ逦（３．５）逡逑应力一应变曲线如图３．２，在弹性阶段（Ｙｉｅｌｄ邋ｐｏｉｎｔ之前），应力与应变成正比关系；逡逑塑性阶段（Ｙｉｅｌｄ邋ｐｏｉｎｔ之后），应力一应变关系为一条水平直线。逡逑伞逡逑ｅｌａｓｔｉｃ逦ｐｌａｓｔｉｃ逡逑ｍ逦？逡逑Ｓ逦＾＾Ｙｉｅｌｄ邋ｐｏｉｎｔ逡逑＂／＞逡逑＾．逡逑ｓｔｒａｉｎ逡逑图３．２弹性－完全塑性本构模型逡逑（２邋）邋Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂ准则的屈服曲线逡逑￣ｎ逦Ｄｒｕｃｋｅｒ－Ｒｒａｇｅｒ逡逑图３．３屈服面及屈服曲线逡逑在应力空间摩尔一库伦屈服准则的屈服面是一个不规则的六角形截面的角锥体表逡逑面，在７１平面上Ｍｏｈｒ—Ｃｏｕｌｏｍｂ屈服曲线为等边不等角的六边形。逡逑摩尔一库伦准则还可以表示为形式，，逡逑ｆ邋＝邋ｐｓｉｒｕｐ邋——ｊ＝（ｃｏｓ６ａ邋ｓｉｎ邋ｃｐ）ｑ邋＋邋ｃｃｏｓ＜ｐ邋＝邋０逦（３．６）逡逑式中ｐ为平均应力，＾为广义偏（剪）应力。逡逑在ＭＩＤＡＳ／ＧＴＳ软件中，桩端界面单元的行为是主体单元和桩端之间的界面行为。逡逑假设相对于桩端界面单元坐标轴的法向行为与主体单元和切向（剪切）遵循非线性弹性逡逑１３逡逑

曲线,完全塑性,本构模型,弹性

ｃｒｊ邋（１邋－邋ｓｉｎ邋ｃｐ）邋－邋ｃｒ３邋（１邋＋邋ｓｉｎ邋ｃｐ）邋－邋２ｃ邋ｃｏｓ邋ｃｐ逦（３．５）逡逑应力一应变曲线如图３．２，在弹性阶段（Ｙｉｅｌｄ邋ｐｏｉｎｔ之前），应力与应变成正比关系；逡逑塑性阶段（Ｙｉｅｌｄ邋ｐｏｉｎｔ之后），应力一应变关系为一条水平直线。逡逑伞逡逑ｅｌａｓｔｉｃ逦ｐｌａｓｔｉｃ逡逑ｍ逦？逡逑Ｓ逦＾＾Ｙｉｅｌｄ邋ｐｏｉｎｔ逡逑＂／＞逡逑＾．逡逑ｓｔｒａｉｎ逡逑图３．２弹性－完全塑性本构模型逡逑（２邋）邋Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂ准则的屈服曲线逡逑￣ｎ逦Ｄｒｕｃｋｅｒ－Ｒｒａｇｅｒ逡逑图３．３屈服面及屈服曲线逡逑在应力空间摩尔一库伦屈服准则的屈服面是一个不规则的六角形截面的角锥体表逡逑面，在７１平面上Ｍｏｈｒ—Ｃｏｕｌｏｍｂ屈服曲线为等边不等角的六边形。逡逑摩尔一库伦准则还可以表示为形式，逡逑ｆ邋＝邋ｐｓｉｒｕｐ邋——ｊ＝（ｃｏｓ６ａ邋ｓｉｎ邋ｃｐ）ｑ邋＋邋ｃｃｏｓ＜ｐ邋＝邋０逦（３．６）逡逑式中ｐ为平均应力，＾为广义偏（剪）应力。逡逑在ＭＩＤＡＳ／ＧＴＳ软件中，桩端界面单元的行为是主体单元和桩端之间的界面行为。逡逑假设相对于桩端界面单元坐标轴的法向行为与主体单元和切向（剪切）遵循非线性弹性逡逑１３逡逑
【学位授予单位】：山东建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU473.1

【参考文献】