黏性土中桩—土界面阻力试验研究与数值模拟

发布时间：2017-09-27 22:25

  本文关键词：黏性土中桩—土界面阻力试验研究与数值模拟

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【摘要】：静力压桩技术因污染小、振动轻、自动化水平高、可控性强等优点得到推广使用,尤其是在城市中心人口相对密集或周边建筑对振动有控制要求的区域中应用广泛。本文通过桩-土界面剪切试验对界面受力特性进行研究,分析界面粗糙度、土样含水率等因素的影响机理。结合室内剪切试验参数和静压桩工程实测沉桩阻力数据进行连续贯入的有限元数值模拟,对静压桩沉桩阻力、承载性能等相关规律进行总结,为实际桩基工程的设计、施工、检测提供一定的参考依据。本文主要内容如下:(1)通过青岛理工大学自制桩-土界面剪切仪对取自工地现场的粉质黏土与预制混凝土板进行界面剪切试验,系统分析混凝土粗糙度、土样含水率、剪切速率等因素在不同法向应力条件下对桩-土界面阻力的影响,绘制界面阻力-剪切位移曲线,并对不同法向应力下的界面阻力进行线性拟合。(2)将普通界面剪切试验与硅压阻式传感器进行创新性结合,对桩-土界面中的土压力和孔隙水压力进行实时监测,研究孔隙水压力和法向应力的变化规律及其对桩-土界面受力的影响。提出孔隙水压力传感器扩大头式安装方法和数据导线无损封存方式,为后续现场试验硅压阻式传感器的安装提供技术支持。(3)考虑黏性土中沉桩引起的超孔隙水压力效应,提出“界面阻力”概念。界面阻力由黏性土与混凝土板之间黏着力和摩擦力两部分构成,其中黏着力为黏性土与混凝土板的黏聚作用,摩擦力为界面法向土压力减孔隙水压力所得有效应力与界面摩擦系数的乘积。(4)综合国内外学者研究成果,对静压桩沉桩机理进行总结,分析在不同地质条件下的沉桩特性。深入聊城地区2处静压桩现场对其沉桩阻力进行现场实测,绘制沉桩阻力与贯入深度关系曲线,总结聊城地区沉桩阻力变化规律,为实际工程提供技术指导。(5)通过ABAQUS软件对聊城地区静压桩工程二进行连续贯入模拟研究。分析步中控制桩的位移边界条件使位移贯入法得以实现,选用摩尔-库伦模型,运用非对称求解器进行运算,最终获得较好收敛结果。对不同深度对应的径向和法向应力进行分析并采用截面定义的方法对模拟计算轴力与实测数据进行对比。
【关键词】：静压桩 剪切试验 界面阻力 粗糙程度 沉桩阻力 数值模拟
【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12-22
• 1.1 研究背景及意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-20
• 1.2.1 桩-土界面受力机理试验研究现状13-16
• 1.2.2 桩-土界面受力机理理论研究现状16-17
• 1.2.3 接触面计算单元研究现状17-18
• 1.2.4 数值模拟研究现状18-20
• 1.3 桩-土界面受力机理研究中存在的问题20
• 1.4 本文主要研究内容20-22
• 第2章 试验方案及过程22-34
• 2.1 试验设计22-24
• 2.1.1 界面剪切试验原理22
• 2.1.2 试验影响因素分析22-23
• 2.1.3 试验方案23-24
• 2.2 试验仪器介绍24
• 2.3 试验前期准备24-31
• 2.3.1 土样制备24-27
• 2.3.2 混凝土板制作27-28
• 2.3.3 传感器安装28-31
• 2.4 试验过程31-32
• 2.5 本章小结32-34
• 第3章 试验结果与分析34-54
• 3.1 桩-土界面孔隙水压力数据分析34-35
• 3.2 桩-土界面法向土压力试验数据分析35-36
• 3.3 表面粗糙度对界面阻力的影响36-41
• 3.3.1 表面粗糙度对摩擦系数的影响39-40
• 3.3.2 表面粗糙度对界面黏着力的影响40-41
• 3.4 土样含水率对界面阻力的影响41-45
• 3.4.1 土样含水率对摩擦系数的影响43-44
• 3.4.2 土样含水率对界面黏着力的影响44-45
• 3.5 试验剪切速率对界面阻力的影响45-49
• 3.5.1 剪切速率对摩擦系数的影响48
• 3.5.2 剪切速率对界面黏着力的影响48-49
• 3.6 有效应力对界面阻力-剪切位移曲线的影响49-52
• 3.7 本章小结52-54
• 第4章 静压桩沉桩阻力实测分析54-64
• 4.1 静压桩沉桩机理54-55
• 4.2 聊城地区地质特点55-56
• 4.3 工程一沉桩阻力实测分析56-61
• 4.3.1 工程概况56-57
• 4.3.2 数据采集与分析57-61
• 4.4 工程二沉桩阻力实测分析61-63
• 4.4.1 工程概况61
• 4.4.2 数据采集与分析61-63
• 4.5 本章小结63-64
• 第5章 静压桩连续贯入数值模拟研究64-74
• 5.1 ABAQUS软件应用简介64-65
• 5.2 静压桩模拟过程中的相关问题65-68
• 5.2.1 土体本构关系和材料性质65
• 5.2.2 桩身贯入计算方法65-66
• 5.2.3 网格划分问题66
• 5.2.4 有限变形问题66
• 5.2.5 重要物理量的选取66-67
• 5.2.6 桩-土间的接触问题67-68
• 5.3 聊城某工程静压桩连续贯入数值模拟68-73
• 5.3.1 建立桩和土体部件68-69
• 5.3.2 模型选择与网格划分69-70
• 5.3.3 初始地应力平衡70
• 5.3.4 数值模拟结果分析70-72
• 5.3.5 沉桩阻力模拟与实测结果对比分析72-73
• 5.4 本章小结73-74
• 第6章 结论与展望74-76
• 6.1 本文主要结论74-75
• 6.2 进一步研究展望75-76
• 参考文献76-80
• 攻读硕士学位期间论文发表及科研情况80-82
• 致谢82

【参考文献】

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本文编号：932266