地下增层改造条件下黏土材料与混凝土基桩的界面剪切行为

发布时间：2017-04-11 13:02

  本文关键词：地下增层改造条件下黏土材料与混凝土基桩的界面剪切行为，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：桩是一种应用广泛的结构基础形式,近年的城市地下空间开发面临一项技术挑战:如何准确把握既有结构基桩在下挖增设地下空间时的承载性状。为此,本文以时间为主线,以桩-土界面剪切行为为纽带,围绕桩基础经历的成桩、正常服役、增层开挖等特征阶段,依次分析桩基时效、开挖卸荷、施工残余应力等效应产生的影响,借助数值模拟、室内试验、理论分析等研究手段,研究既有工程桩在增层开挖卸荷前、后的承载性状,分析和描述各种效应的作用机理。论文主要工作和成果如下:(1)以浙江饭店地下车库增层改造项目为背景,采用有限元软件ABAQUS建立平面单桩模型,模拟单桩竖向受压过程,得出单桩承载力,并与已有数值模拟结果对比,以验证模型的正确性。然后将桩端基岩置换为黏土,转而模拟摩擦桩在软土材料中的竖向受压过程,得到摩尔库伦模型和修正剑桥模型下的单桩承载力,并对比分析其差异。结果表明:随着桩顶荷载的增加,桩侧土工程性质越好,侧摩阻力增长幅度越大;当土层强弱交替时,出现侧阻软化现象;修正剑桥模型的计算沉降比摩尔库伦模型更大。(2)通过大型室内直剪试验来模拟混凝土桩与粉质黏土的界面剪切作用,得出不同休止期后的界面剪切力,同时观测剪切后土颗粒的变化,以此分析界面剪切力的时效性,并得出时效性的预测公式。结果表明:随着休止时间的延长,剪切力不断增大;基于对数时间增长模型可将剪切力的增长划分为三个阶段,其中1d和109d可作为阶段分界点;界面正压力与剪切力初始值密切正相关,与时效增长率无明显相关性;随时间及剪切次数增长,粉质黏土颗粒不断移位、偏转、剥离,且剥离面积不断增大。(3)从桩-土相对位移的角度分析开挖效应的作用机理,得出开挖后桩侧摩阻力分布形式的理论模型。再运用有限元软件ABAQUS进行数值建模分析,通过模拟增层下挖过程,分析开挖深度和宽度对桩侧摩阻力的影响、以及开挖后侧阻分布形式对桩基承载力的影响。结果表明:基坑开挖引致既有基桩受拉,沿桩身上段分布正摩阻力,下段分布负摩阻力;基于开挖后侧阻沿深度的线性分布假定,建立简化的5阶段计算模型;随着开挖深度和宽度的增加,桩基承载力减小,且开挖深度的影响更明显。开挖后侧阻的存在对桩极限承载力影响不明显,但若不考虑其影响,会低估桩趋于极限状态时的沉降。(4)以下挖增层中的新补入静压桩为研究对象,建立了施工残余应力的理论计算模型。再运用有限元软件ABAQUS进行数值建模分析,模拟新补预制桩的压桩和卸荷过程,得到新补桩卸荷后的桩侧摩阻力以及桩身残余应力,并分析桩端土体和原地下室基坑宽度对施工残余应力的影响。结果表明:嵌岩桩的残余侧摩阻力和桩身残余应力比摩擦桩更大,中性点位置更低;原有地下室的基坑宽度越大,即补桩场地越大,新补预制桩卸载后的残余侧摩阻力和桩身残余应力越小,中性点位置也略高;卸载前的端阻比越大,卸载后的桩端残余应力以及桩身最大残余应力也越大。
【关键词】：既有建筑下开挖 软土材料 时间效应 开挖效应 施工残余应力 桩侧摩阻力 桩-土相对位移 数值模拟
【学位授予单位】：浙江理工大学
【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
• 第1章 绪论11-25
• 1.1 课题研究背景及意义11-13
• 1.2 课题国内外研究现状13-23
• 1.2.1 既有建筑增层改造研究现状13-16
• 1.2.2 桩基竖向承载性状研究现状16-19
• 1.2.3 桩基承载时间效应研究现状19-20
• 1.2.4 开挖对桩基影响研究现状20-22
• 1.2.5 施工残余应力研究现状22-23
• 1.3 研究内容和方法23-25
• 第2章 竖向受压条件下桩-土体系初始承载性状分析25-36
• 2.1 引言25-26
• 2.2 案例背景介绍26-27
• 2.3 初始竖向受压承载力数值模拟27-31
• 2.3.1 计算假定27
• 2.3.2 模型建立27-28
• 2.3.3 计算参数设置28-29
• 2.3.4 分析步骤29
• 2.3.5 模拟结果分析29-31
• 2.4 模型转换及竖向受压模拟31-34
• 2.4.1 参数设定31-32
• 2.4.2 模拟结果分析32-34
• 2.5 本章小结34-36
• 第3章 桩基承载时效性试验及理论研究36-47
• 3.1 引言36-38
• 3.2 大型室内剪切试验38-45
• 3.2.1 试验仪器38-39
• 3.2.2 试样制备39
• 3.2.3 试验过程39
• 3.2.4 试验结果39-45
• 3.3 本章小结45-47
• 第4章 土体开挖卸荷条件下桩-土界面响应47-73
• 4.1 引言47
• 4.2 开挖效应的理论分析47-63
• 4.2.1 荷载传递基本假设50
• 4.2.2 开挖后桩侧摩阻力与桩-土相对位移的关系50-52
• 4.2.3 开挖后桩侧摩阻力的简化形式52-53
• 4.2.4 简化理论模型53-61
• 4.2.5 算例61-63
• 4.3 开挖效应的数值建模分析63-70
• 4.3.1 模型参数63
• 4.3.2 计算步骤63-64
• 4.3.3 数值模拟结果64-67
• 4.3.4 开挖效应分析67-70
• 4.4 本章小结70-73
• 第5章 新补预制桩的施工残余应力影响分析73-84
• 5.1 引言73-74
• 5.2 残余应力的理论计算模型74-75
• 5.3 残余应力的数值建模分析75-82
• 5.3.1 模型参数75-77
• 5.3.2 计算步骤77
• 5.3.3 模拟结果分析77-82
• 5.4 本章小结82-84
• 第6章 结论与展望84-86
• 6.1 主要成果与结论84-85
• 6.2 研究建议与展望85-86
• 参考文献86-95
• 攻读硕士期间发表的论文95-96
• 致谢96

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 石名磊,邓学钧,张波;粘土中桩侧摩阻力研究(英文)[J];Journal of Southeast University(English Edition);2004年04期

2 王心顺;;单桩侧摩阻力曲线的推求及相关问题探讨[J];甘肃科技纵横;2006年01期

3 谢松平;;桩侧摩阻力退化效应分析[J];长沙铁道学院学报(社会科学版);2006年02期

4 李逵;吕科验;;长春西站泥岩地层桩侧摩阻力试验研究[J];建筑;2011年07期

5 胡艳丽;石高泉;;沥青涂层对桩侧摩阻力影响的试验研究[J];工业安全与环保;2012年05期

6 魏新江;刘安远;王新泉;;挤土作用下Y型桩侧摩阻力分布模型研究[J];岩土力学;2013年S1期

7 黄强;桩侧摩阻力计算的简单数学模型[J];岩土工程学报;1986年05期

8 沈锡英,高大钊;桩侧摩阻力对打入桩定向稳定性的影响[J];应用数学和力学;1992年12期

9 朱国甫，，李光煜;确定桩侧摩阻力曲线的约束样条拟合方法[J];岩土力学;1994年03期

10 韩晓雷;沙漠场地桩侧摩阻力的分布规律的研究[J];西安矿业学院学报;1998年03期

中国重要会议论文全文数据库 前2条

1 魏新江;刘安远;王新泉;;挤土作用下Y型桩侧摩阻力分布模型研究[A];《岩土力学》vol.34 增刊1 2013[C];2013年

2 李辉;李进军;丁永君;;桩侧摩阻力和端阻力的影响因素分析及其应用[A];第七届全国现代结构工程学术研讨会论文集[C];2007年

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 宋兵;桩侧摩阻力特性的研究[D];华南理工大学;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 舒丹;内河软岩地基框架码头桩基承载特性研究[D];重庆交通大学;2015年

2 张春;大直径嵌岩桩嵌岩段桩侧摩阻力试验研究[D];重庆交通大学;2015年

3 苟尧泊;地下增层改造条件下黏土材料与混凝土基桩的界面剪切行为[D];浙江理工大学;2016年

4 柴源;灌注桩成孔工艺对桩侧摩阻力影响的试验研究[D];兰州大学;2014年

5 陈立;桩侧摩阻力与桩端阻力协调作用机理数值研究[D];西安工业大学;2010年

6 郭永发;粉喷桩复合地基桩侧摩阻力强化效应有限元分析[D];河北工程大学;2007年

7 魏琼;自平衡测试所得桩侧摩阻力与勘察结果的对比[D];太原理工大学;2009年

8 李杨秋;坡体中桩基的受力特性分析[D];重庆大学;2005年

9 汤永军;软土地区超长钻孔灌注桩试验研究[D];河海大学;2007年

10 包泽学;Q_2离石黄土地区复合桩基承载力及性能的试验研究[D];兰州理工大学;2014年

  本文关键词：地下增层改造条件下黏土材料与混凝土基桩的界面剪切行为，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：299134