【摘要】：桩基工程中,斜坡桩基的研究一直是热点和难点。相比平地嵌岩桩,斜坡嵌岩桩承载机理存在明显差异,而目前现有的嵌岩桩承载能力、受力性状分析及相关计算理论大都基于桩基处于水平地面的基本假设提出的,对斜坡嵌岩桩尚没有足够的认识和解决办法。特别是对于陡岩河岸港口桩基(又常以群桩基础形式出现),受力工况极其复杂(上部结构(或机械)荷载、船舶撞击力(系缆力)、水流力等),其研究工作具有重要的工程意义。竖向/水平/双向/组合荷载作用下的陡岩单桩和群桩基础。坡前岩体的缺失和坡后岩体的增加对陡岩单桩和群桩基础的竖向/水平/双向/组合承载力有影响,其相关承载机理研究甚少;在群桩效应相关研究中,通常只考虑承台为刚性这一情况,过高地估计群桩的整体工作能力;对于陡岩群桩基础的群桩效应,港工规范尚无明确定义。针对以上问题,本文逐步对陡岩单桩/群桩的竖向/水平/双向/组合承载特性开展研究。采用考虑斜坡钻岩成孔、桩(承台)混凝土浇筑、桩基承载流程的数值模拟方法,分别对竖向/水平/双向/组合荷载工况下的陡岩单桩/群桩的承载能力/性状进行理论分析(考虑坡度、桩距、桩径、嵌岩深度变化)。得到如下主要结论:(1)竖向荷载作用下陡岩单桩存在桩前岩体缺失效应和桩后岩体增强效应。斜坡嵌岩桩的竖向承载性状受到桩前岩体缺失效应和桩后岩体增强效应的影响,而随着坡度和桩顶竖向荷载的增加,桩体水平位移又会对桩前岩体缺失效应和桩后岩体增强效应造成干扰。(2)水平荷载作用下陡岩单桩的嵌岩深度临界值波动现象。当桩嵌岩深度增加到一定程度时,岩体抗力对斜坡嵌岩桩水平承载的贡献较为有限;若桩嵌岩深度继续增加,斜坡嵌岩桩偏弹性长桩方向发展,桩的挠曲变形进一步发挥,桩身嵌岩段负位移增加,桩顶水平位移亦增加,即桩基水平承载力有所减小。(3)竖向荷载作用下陡岩群桩的群桩径向膨胀。竖向荷载作用下,群桩承台受压变形,由于力的传递,与承台相连的各桩桩身产生向外压曲变形。陡岩群桩桩前侧岩体缺失效应和桩后侧岩体增强效应演化过程受到陡岩群桩径向膨胀的影响,进一步加剧。(4)竖向荷载作用下陡岩群桩应力局部效应(圣维南原理)的解释。经过大量数值模拟和理论分析,桩顶端轴力突变程度主要与桩顶端压曲程度有关,如承台上竖向荷载较大、桩距较大时,承台变形越大,桩顶端压曲程度越大,其受力越复杂;而桩底端轴力突变的原因主要在于,桩底端和桩底端周围岩体挤压剧烈,应力集中,桩底端周围岩体产生成拱效应,进而导致桩底端轴力突变。(5)水平荷载作用下陡岩群桩的群桩空间效应。不同坡度/桩距/桩径/嵌岩深度条件下,水平荷载作用时,承台存在一定程度的偏转,承台下的各桩桩顶水平位移状态是不一样的,各桩桩身受力状态(与岩体的挤压程度)亦会不同,整个群桩基础,力的传递会发生变化(“群桩基础的空间效应”)。(6)水平荷载作用下陡岩群桩各桩桩顶水平承载力发挥程度(不考虑应力局部效应(圣维南原理))。从桩顶端附近处最大正弯矩占比和桩顶端附近处最大正剪力占比的角度出发。(1)不同坡度/桩距/桩径条件下陡岩群桩。随着坡度/桩距/桩径的逐渐增加,前排桩桩顶水平承载力发挥程度逐渐减小,后排桩桩顶水平承载力发挥程度逐渐增大。(2)不同嵌岩深度条件下陡岩群桩。随着嵌岩深度的逐渐增加,前排桩桩顶水平承载力发挥程度大致呈增大趋势,后排桩桩顶水平承载力发挥程度大致逐渐减小(但相比前排桩,后排桩的桩顶端附近处最大正弯矩占比或桩顶端附近处最大正剪力占比仍较大)。(7)水平荷载作用下陡岩群桩各桩桩顶水平承载力发挥程度(考虑应力局部效应(圣维南原理))。从各桩桩顶剪力分配比例的角度出发。不同坡度(R=15°、R=30°、R=45°)/桩距/桩径/嵌岩深度条件下,前排桩桩顶水平承载力发挥程度较小,后排桩桩顶水平承载力发挥程度较大。(8)双向荷载作用下——竖向荷载变化(水平荷载恒定)、水平荷载变化(竖向荷载恒定)对陡岩单桩/群桩基础双向承载能力及性状的影响。(9)组合荷载作用下——五种加载方案(对应港口工程五种荷载工况)对陡岩单桩/群桩基础组合承载能力及性状的影响。(10)提出竖向/水平/双向/组合荷载作用下陡岩地区内河高桩墩式码头群桩基础(四边形四桩/梅花形五桩)的“单桩双控——群桩双控”设计方法。其中“双控”指的是:一控——承载能力(偏宏观),二控——承载性状(偏微观)。
【图文】：
17图 2.2 Mohr-Coulomb 模型中的塑性势面.2.3 单元类型ABAQUS 中常用的单元族有实体单元、梁单元、壳单元等。由于本文所建模均为三维实体模型，故所采用的单元族为实体单元。而实体单元根据所采用的学公式、积分类型等可划分为多种不同的单元类型，本文模型中承台、桩基、体的均采用 C3D8R，，即三维 8 节点六面体缩减积分单元。
Mohr-Coulomb模型中的屈服面
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U656.113
【参考文献】
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2596350
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