黄土地区单桩沉降特性数值模拟分析

发布时间：2017-04-23 20:09

  本文关键词：黄土地区单桩沉降特性数值模拟分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着环境污染的加剧和国内民众节能环保意识的增长,风电作为一种清洁安全可靠的可再生能源日益受到重视。风电机组承受巨大且复杂的荷载,特别需要一种安全稳固的基础。陕北广泛分布的黄土,具有湿陷等特殊的工程特性,会导致风电基础的变形失稳,威胁着风电设施的安全。桩基础作为一种历史悠久、使用广泛的基础形式,尤其适合土质不良的地区。桩身穿过湿陷土层到达压缩性小的土层,将桩顶荷载传至地基土中,将湿陷影响降到最低程度。机械洛阳铲挖孔灌注桩非常适合土质直立性很好的黄土地区,其施工成本低,操作简单,施工质量更加容易保障,对地形条件适应性好。普通挤土桩产生挤土效应,增大了桩侧摩阻力,但湿陷后产生负摩阻力会破坏桩的承载力。本文依托于陕北定边风电场工程,通过洛阳铲挖孔桩竖向静载试验,测试分析了桩长对桩沉降量的影响,以及荷载与沉降量的关系,探究了黄土地区单桩沉降特性的变化规律。通过室内土工试验测得黄土的物理力学参数,在此基础上,利用ABAQUS有限元软件建立数值模型,引入摩尔库伦模型,接触对单元,对黄土地区单桩进行分析计算。分析了桩长、桩径、摩擦系数对桩沉降量的影响,以及荷载与沉降量、桩顶沉降与桩端沉降的关系,探究桩身轴力、应力应变和桩侧摩阻力的变化规律,以及随荷载的变化情况。结合单桩静载试验数据与有限元法进行对比分析,验证数值模拟的正确性。研究结果表明数值模拟与试验结果较符合,足以用来模拟黄土地区桩的承载特性,有限元模拟结果是合理的。荷载与沉降量基本呈正比,随着桩长增大,沉降量越小,桩的承载性能越高。荷载与桩身压缩量基本上是线性关系,随着桩长增大,桩身压缩量也会变大。桩顶沉降量由桩端沉降量和桩身压缩量组成,当桩长较短时,桩端沉降占了全部沉降的大部分,桩长越长,桩端沉降所占比例越小,桩身压缩量越大。随着荷载的增大,桩端沉降与桩顶沉降比值逐渐变大。桩径与单桩沉降成反比,在桩长一定时,桩径较小的单桩与地基土体接触面积小,桩侧阻力也小,在桩顶荷载作用下,桩顶沉降较大,桩的承载力越差。摩擦系数与单桩沉降成反比,在其他土体参数都相同的情况下,随着摩擦系数增大,桩侧摩阻力增加,单桩沉降量会逐渐减少,其承载能力会提高。桩身轴力分布呈现上大下小,主要分布在桩的中上部,桩顶轴力最大,桩端轴力较小。在同一深度层上,荷载逐渐变大,桩身轴力也会随之变大。桩在承受竖向荷载时,桩身发生压缩和沉降,与桩周土体有相对滑动,形成桩端阻力与侧摩阻力。施加在桩顶部的荷载主要传递给了桩周土体,使土体承担了一部分荷载。桩侧摩阻力在深度方向的分布呈现中间大两边小的特点,只有一个峰值,在桩的中下部摩阻力分布随着荷载的增加而增加,而上部摩阻力没有继续增大。荷载慢慢变大过程中,摩阻力的峰值沿着桩身向下移动。使用ABAQUS软件模拟单桩竖向承载能力,通过现场试验与数值模拟相结合的方法,验证了陕北黄土地区机械洛阳铲挖孔桩的承载性能,为工程实践提供了理论依据,并部分取代现场试验工作,节省了工程成本。
【关键词】：静载试验 黄土 沉降 挖孔桩 数值模拟
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU473.1
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-13
• 第一章 绪论13-19
• 1.1 研究背景13-15
• 1.2 国内外研究现状15-17
• 1.2.1 国外研究现状15-16
• 1.2.2 国内研究现状16-17
• 1.3 研究内容17-18
• 1.4 研究方案18-19
• 第二章 黄土工程特性19-35
• 2.1 工程概况19-25
• 2.1.1 地形地貌20
• 2.1.2 地层岩性20-22
• 2.1.3 地质构造与地震22-23
• 2.1.4 气象23-24
• 2.1.5 水文地质与冻土深度24-25
• 2.1.6 不良物理地质现象25
• 2.2 土体物理力学性质25-33
• 2.2.1 现场标贯试验25-26
• 2.2.2 室内试验26-32
• 2.2.3 土体物理力学参数32
• 2.2.4 黄土湿陷性评价32-33
• 2.3 桩基础33-35
• 2.3.1 场地地基等级及环境类别33
• 2.3.2 地基处理及桩基33-34
• 2.3.3 建议桩基持力深度34-35
• 第三章 单桩竖向静载试验35-45
• 3.1 试验目的35
• 3.2 试验过程35-36
• 3.3 试验桩参数36
• 3.4 低应变法检测36
• 3.4.1 检测方法及原理36
• 3.4.2 检测结果36
• 3.5 静载试验结果分析36-42
• 3.5.1 试验结果36-38
• 3.5.2 试验结果分析38-42
• 3.6 单桩沉降计算42-45
• 3.6.1 桩的竖向极限承载力42-44
• 3.6.2 单桩沉降计算44-45
• 第四章 数值模拟与静载试验对比分析45-59
• 4.1 ABAQUS软件简介45-48
• 4.1.1 基本假定46
• 4.1.2 土体本构模型46-47
• 4.1.3 桩土接触47-48
• 4.2 数值模拟的建立48-49
• 4.3 数值模拟结果分析49-56
• 4.3.1 不同桩长单桩沉降分析49-50
• 4.3.2 桩端沉降与桩身压缩分析50-52
• 4.3.3 不同桩径单桩沉降分析52-53
• 4.3.4 不同摩擦系数单桩沉降分析53
• 4.3.5 桩身轴力分布53-55
• 4.3.6 桩侧摩阻力分布55-56
• 4.4 试验与模拟结果56-59
• 第五章 结论与展望59-61
• 5.1 结论59-60
• 5.2 展望60-61
• 参考文献61-63
• 在学期间的研究成果63-64
• 致谢64

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本文编号：322945