循环荷载下桩—土界面弱化机制研究

发布时间：2017-10-21 14:02

  本文关键词：循环荷载下桩—土界面弱化机制研究

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【摘要】：桩-土界面的弱化是影响循环荷载下桩基承载性能的首要机制。循环荷载下桩-土界面弱化效应主要包括界面剪应力循环弱化、界面法向应力循环弱化以及界面砂土颗粒破碎机制三部分,三者彼此影响共同制约桩-土界面的承载性能。本文采用CNS桩-土界面循环剪切试验和PFC颗粒流数值模拟两种方法,系统揭示循环荷载下不同影响因素对界面弱化的影响规律。本文的主要内容如下:(1)CNS循环剪切试验研究发现,剪应力与法向应力随循环剪切数增加均呈对数型衰退,且剪应力衰退主要发生在前5次循环,20次循环后剪应力衰减幅度达50%。两者的衰减速率随初始法向应力、剪切位移幅值以及界面粗糙度的增加而增加。(2)CNS循环剪切试验中混凝土界面摩擦角大于钢板界面摩擦角,循环剪切后砂样内摩擦角较原状砂样内摩擦角衰减幅度达10%~17%。循环剪切后,混凝土与钢板界面剪切带砂样的中值粒径取值范围分别为0.16mm~0.19mm、0.19mm~0.21mm,两者均明显小于原状砂样的中值粒径0.34mm。(3)PFC颗粒流数值模拟研究发现,存在临界摩擦系数μcr,当界面摩擦系数小于μcr时,剪切带厚度随摩擦系数增加而增大,界面摩擦系数大于μcr时,剪切带厚度变化则很小。相同颗粒间黏结力下,初始法向应力越大,剪切带厚度越大。初始法向应力相同时,随着颗粒间黏结力的增加,剪切带厚度不断降低。并采用归一化原理提出了切向弱化因子Dτ与法向弱化因子Dσ经验公式。(4)颗粒流数值模拟结果同时表明,在界面摩擦系数、颗粒间黏结力相同情况下,随着界面剪切位移幅值的增加,法向应力与剪切应力的衰退速率不断增加;在界面摩擦系数、剪切位移幅值相同的情况下,随着颗粒间黏结力的增加,法向应力与剪切应力的衰退速率不断降低。
【关键词】：桩-土界面 弱化效应 循环荷载 恒刚度 颗粒流
【学位授予单位】：青岛理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU473.1;TU435
【目录】：

• 摘要9-10
• Abstract10-12
• 第1章 绪论12-26
• 1.1 研究背景及意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-23
• 1.2.1 循环荷载下模型桩试验研究13-15
• 1.2.2 桩-土界面剪切试验研究15-22
• 1.2.3 桩-土体系颗粒流数值模拟22-23
• 1.3 课题的提出及意义23-24
• 1.4 课题研究思路及方法24-26
• 第2章 桩-土界面循环剪切试验设置26-44
• 2.1 大型恒刚度界面循环剪切仪的研制26-35
• 2.1.1 CNS剪切仪研制机理26-28
• 2.1.2 CNS剪切仪研制思路28-34
• 2.1.3 CNS剪切仪创新点34-35
• 2.2 试验材料35-38
• 2.2.1 试验用砂35-36
• 2.2.2 混凝土试块36
• 2.2.3 传感器布设36-38
• 2.3 桩-土界面剪切试验技术路线38-41
• 2.3.1 试验依据38-39
• 2.3.2 试验技术方案39-40
• 2.3.3 试验步骤及注意事项40-41
• 2.4 试验数据处理41-42
• 2.4.1 光纤传感器数据处理41-42
• 2.4.2 微型土压力计数据处理42
• 2.5 本章小结42-44
• 第3章 桩-土界面循环剪切试验结果及分析44-72
• 3.1 单调剪切试验结果及分析44-46
• 3.2 循环剪切试验结果及分析46-69
• 3.2.1 混凝土-标准砂循环剪切试验结果46-50
• 3.2.2 钢板-标准砂循环剪切试验结果50-53
• 3.2.3 界面剪切应力与法向应力循环弱化分析53-55
• 3.2.4 循环剪切对桩-土界面摩擦角影响55-59
• 3.2.5 循环剪切对桩-土界面砂样颗粒级配影响59-63
• 3.2.6 初始法向应力对桩-土界面循环弱化影响分析63-65
• 3.2.7 剪切位移幅值对桩-土界面循环弱化影响分析65-66
• 3.2.8 无量纲循环弱化因子66-69
• 3.3 本章小结69-72
• 第4章 CNS循环剪切颗粒流模拟及参数分析72-100
• 4.1 颗粒流数值模拟软件PFC简介72-76
• 4.1.1 PFC~(2D)颗粒流基本假设72
• 4.1.2 PFC~(2D)颗粒流计算周期72-75
• 4.1.3 PFC~(2D)颗粒流接触模型75-76
• 4.2 数值模拟模型的建立76-82
• 4.2.1 颗粒流模型的建立76-81
• 4.2.2 颗粒流CNS循环剪切试验方案81-82
• 4.3 数值模拟结果及分析82-97
• 4.3.1 16组颗粒流试验模拟结果82-86
• 4.3.2 颗粒流剪切带团粒体破碎分析86-88
• 4.3.3 界面剪切应力与法向应力循环弱化分析88-93
• 4.3.4 无量纲弱化因子93-97
• 4.4 本章小结97-100
• 第5章 结论与展望100-104
• 5.1 结论100-101
• 5.2 展望101-104
• 5.2.1 大型恒刚度界面循环剪切仪的改进及应用101-102
• 5.2.2 CNS循环剪切试验的优化102-104
• 参考文献104-110
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研工作110-112
• 致谢112

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