基于水岩相互作用下嵌岩桩竖向承载特性研究

发布时间：2017-11-02 08:02

  本文关键词：基于水岩相互作用下嵌岩桩竖向承载特性研究

  更多相关文章： 水岩作用 嵌岩桩 Weibull分布 本构关系 承载性状 数值模拟

【摘要】：随着三峡水库正常运行以来,全国各地区的水利工程建设也不断兴起。水利建设对该地区周围的水岩环境以及相应的地质构造都有着重大的影响。各地区水利工程的正常运行,使得上下游地区的岩土体受到水位变化而呈现出周期性的浸泡和风干。这种周期性的水岩循环作用将对岩/土体的物理、化学以及力学性质产生不可恢复的影响。常常也是诱发边坡失稳、路基沉降以及港口区域桩基承载力下降的主要因素之一。为了弄清水位周期性变化对岩石产生力学性质的影响规律以及在此情况下嵌岩桩的承载特性变化规律。本文依托于交通部运用基础项目,采用重庆果园港地区的砂岩作为实验材料进行“浸泡—风干”实验,以模拟岩石处于自然状态下的特征变化。在室内通过测定岩石吸水率、三轴试验和劈裂试验来确定岩石受到水位变化影响下吸水率和力学参数变化规律,并以此为基础进行研究分析水岩循环作用对嵌岩桩竖向承载特性的影响规律。并根据研究的成果对实际工程的施工和设计提供一定的建设依据。针对上述研究思路,本文主要通过试验和数值模拟结合的方式进行研究。首先对采集的岩石试件编号和水岩循环处理,再将处理过岩石进行吸水率测定和相关的力学实验。分析实验中获得的力学参数和应力—应变曲线变化规律,以此建立砂岩在水循环作用下的本构模型关系。将得到的本构关系进行数值模拟计算,对水位变动区嵌岩桩在不同情况的受力特征进行了系统全面的分析和总结。本文主要阐述以下四个方面的内容。(1)对通过水岩循环作用过的砂岩试件进行吸水性测定和三轴、劈裂力学实验。对测试的吸水率、力学参数采用对数函数关系来表述岩石各参数与水循环周期次数的关系。从分析结果可知,随着水循环周期的增大,岩石的内摩擦角φ,粘聚力c、弹性模量E等力学参数都有明显的降低。由此可知砂岩在水循环作用下产生了劣化。(2)通过假定该试验砂岩的微元强度分布符合Weibull分布,运用该分布来描述岩石力学强度分布特征。以摩尔库伦强度准则为基础,建立起水岩循环作用下岩石的本构关系,经过验证该模型能够很好的模拟试实验结果。(3)通过有限元建模计算不同桩径、不同嵌岩深度在水循环作用下的嵌岩桩的承载能力,将得到的结果进行比较分析。得出水循环作用对嵌岩桩的极限承载力Q、桩侧摩阻力τ、桩身轴力FN以及桩端阻力承担比Qb/Q的影响变化规律。(4)分析实际工程中的其他影响因素,如沉渣。将计算结论与实际工程中的问题进行分析,建议在水位变化较大的地区的嵌岩桩设计中,应该注重水岩作用对嵌岩桩承载力的影响。
【关键词】：水岩作用 嵌岩桩 Weibull分布 本构关系 承载性状 数值模拟
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TV223
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 概述10
• 1.2 水岩循环作用下嵌岩桩承载特性研究的背景与意义10-11
• 1.3 水岩作用嵌岩桩承载特性国内外研究现状11-19
• 1.3.1 水对岩石的物理作用研究现状12-13
• 1.3.2 水对岩石的化学作用研究现状13-15
• 1.3.3 水对岩石的力学作用研究现状15-16
• 1.3.4 嵌岩桩研究现状16-19
• 1.4 论文的主要研究内容和方法19-20
• 第2章 水岩作用下岩石力学参数分析20-33
• 2.1 岩石试件特征20
• 2.2 水岩循环作用周期和作用次数20-21
• 2.3 砂岩试件力学实验21-28
• 2.3.1“饱和-风干”岩石吸水性实验21
• 2.3.2 岩石吸水性实验结果分析21
• 2.3.3 水岩循环作用次数对砂岩吸水性的影响21-23
• 2.3.4 岩石抗拉试验与结果分析23-25
• 2.3.5 岩石试件三轴试验25-27
• 2.3.6 岩石试件三轴试验应力—应变特征27-28
• 2.4 砂岩试件强度准则选择28-32
• 2.4.1 通用广义Hoek-Brown强度准则28-29
• 2.4.2 Mohr-Coulomb强度准则29-31
• 2.4.3 Rocker强度准则31-32
• 2.5 小结32-33
• 第3章 岩石本构关系33-40
• 3.1 引言33
• 3.2 损伤变量的确定33-34
• 3.3 通过Mohr-Coulomb强度准则建立本构关系34-36
• 3.4 本构模型验证36-39
• 3.5 本章小结39-40
• 第4章 嵌岩桩荷载传递模型分析40-50
• 4.1 嵌岩桩荷载传递机理40
• 4.2 嵌岩桩Q- S曲线分析40-42
• 4.3 嵌岩桩侧摩阻力分布特征分析42-43
• 4.4 影响嵌岩桩侧摩阻力分布因素43-45
• 4.4.1 嵌岩深径比43-44
• 4.4.2 岩石弹性模量44
• 4.4.3 桩岩界面粗糙度44-45
• 4.5 嵌岩桩荷载传递模型45-49
• 4.5.1 荷载传递双曲线模型45-46
• 4.5.2 荷载传递折线模型46-47
• 4.5.3 荷载传递模型参数确立47-49
• 4.6 本章小结49-50
• 第5章 ABAQUS有限元模型计算50-68
• 5.1 ABAQUS软件介绍50
• 5.2 岩石材料模型特性50-52
• 5.2.1 ABAQUS中弹塑性模型介绍50-52
• 5.3 有限元计算模型52-53
• 5.3.1 建模条件和基本假定52
• 5.3.2 建模过程设置52-53
• 5.4 数值模拟结果分析53-66
• 5.4.1 水岩循环作用下嵌岩桩竖向承载特性分析54-55
• 5.4.2 水循环与嵌岩桩的承载力能力关系55-56
• 5.4.3 水循环作用下嵌岩桩的轴力特征56-57
• 5.4.4 水岩循环作用下嵌岩桩的侧摩阻力分布特征57-61
• 5.4.5 水循环作用下不同嵌岩深度嵌岩桩承载特征61-62
• 5.4.6 水岩作用下不同深度嵌岩桩的侧摩阻力特征62-63
• 5.4.7 水岩作用下不同桩径嵌岩桩的侧摩阻力特征63
• 5.4.8 水岩作用下嵌岩桩嵌岩比对桩端阻力的影响63-65
• 5.4.9 水岩作用下沉渣对嵌岩桩承载力的影响65-66
• 5.5 本章小结66-68
• 第6章 结论与展望68-70
• 6.1 结论68-69
• 6.2 展望69-70
• 致谢70-71
• 参考文献71-74
• 攻读重庆交通大学水利工程硕士期间的学习情况74

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本文编号：1130642