竖向受荷桩沉降时间效应分析方法研究
发布时间：2021-11-27 20:42
为准确计算和预测桩基时变沉降,服务桩基设计,本文主要从理论分析入手分别系统研究了竖向受荷单桩和群桩在均质土和成层土中沉降的时间效应问题,建立了桩基时变沉降计算方法。主要工作如下:（1）基于一维分数阶Merchant粘弹性模型建立了三维模型来描述桩周土体的流变性质;根据桩侧土与桩的剪切变形协调,建立平衡和边界方程,利用拉普拉斯变换方法和对应性原理推导了单桩在均质土中时变沉降的半解析解,建立了单桩在均质土中时变沉降计算方法,并通过算例对比来验证该计算方法的有效性;进一步详细分析了三种典型加载方式（恒定加载、斜坡加载和渐进加载）下的六个主要参数a=G1/G2、b=q/（G2tc）、c=G1/K、d=G1/Ep、k=L/r0 和α对单桩时变沉降的影响。（2）基于单桩在均质土中时变沉降计算方法,通过引入相互作用系数法来考虑群桩中桩-桩相互作用,在此基础上分别考虑邻桩加筋作用影响得到了不同桩侧之间相互影响因子和不同桩端之间相互影响因子,建立了群桩在均质土中时变沉降计算方法,并通过算例对比来验证该计算方法的有效性;进一步分别详细分析了恒载作用三种典型群桩分布方式（2×1群桩、2×2群桩和3×1群桩）...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：110 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１?—维分数阶Ｍｅｒｃｈａｎｔ粘弹性模型图解??
竖向受荷粧沉降时间效应分析方法研宄?????在土体中的加筋作用。根据Ｒａｎｄｏｌｐｈ和Ｗｒｏｔｈ［１１８］的建议，受荷时桩周土体剪应??力的增量将远远大于其垂直方向应力的增量，其主要位移将沿着桩侧竖直方向，??经过简化分析，可认为桩周土体剪应力与距桩轴径向距离成反比，在给定深度ｚ??处桩土界面处的竖向位移可表示为：??ｗ⑷＝＂〇）?（２－８）??Ｕ??式中，Ｔ（ｚ）表示桩侧深度Ｚ处的剪切摩阻力；Ｇ表示土体的剪切模量；＾表示桩??径；ｒｍ表示从桩轴到可忽略剪应力位置的径向距离，定义为最大影响半径，对于??均质土体其最大影响半径表示如下［１１８］：??ｒｍ?＝２．５１（１－／／）?（２－９）??式中，Ｚ表示桩长；／／表示桩周土体的泊松比。??????７＊ｍ??＾??Ａ??７７?？７７?７７?７＾?ｒｖ＂?７７?７＾￣．ｙ－￣??＇＇Ｉ??—２＇〇??ｂ??图２－２均质土中单桩最大影响半径示意图??将式（２－８）代入式（２－９）中，可改写为：??ｗ（ｚ）?＝?ｂ?［２．５１（１?－?／／）?／?ｒ０?］?（２－１０）??Ｃｊ??根据Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏ和Ｇｏｏｄｉｅｒ［１２２］的建议，桩端位移ｗｂ可表示为：??ＰＭ－ｕ）??（２－１１）??式中，八表示桩端阻力。??同样根据对应性原理［１２＞１２４］，可利用拉普拉斯变换技术将弹性问题转变到粘??弹性问题。分别对式（２－１０）和式（２－１１）进行拉普拉斯变换，可得：??１４??
山东大学硕士学位论文??将式（２－１２）代入式（２－２６），可得：??ｄ２ｗ（ｚ，ｓ）??２Ｇ（ｓ）?－??＆２?／■〇２￡ｐｌｎ｛２．５Ｌ［ｌ－Ｍ５）］／ｒ０｝１ＶＺ，＇?（２＿２９）??上式为关于ｚ的二阶常微分方程，其通解可表示为：??＋?Ｃ２ｅ－＆?（２－３０）??式中，（＾和（：２表示关于ｚ的积分常数；可得５的表达式为：??５?＝丄丨?２石〇〇＿??ｒ〇＾￡ｐｌｎｌ２．５Ｌ［ｌ－Ｍｓ）］／ｒ０Ｊ??＝丄?２ｄ（ｂａｔ＾ｓａ＋＼）?—?（２＿３１）??ｒ０?５／ｃ－ｒ３（６°／＾°?＋?〇?＋１）?＋?＾ｃ｛ｂａｔａｃｓａ?＋１）１??十代？＋叫４卜（以，＋』）一设Ｔｉ）］＾??式中，无量纲参数ＪｚＧｉ／ｆｐ，表示一个模量比；无量纲参数《ｒ?＝?Ｌ／ｒ〇，表示桩的??长径比。??Ａ??一卞?＾?―??Ｗ一??．‘?Ｉ??２ｒ０?????—条？？???———????图２－３均质土中单桩沉降示意图??根据桩的受力边界条件可以确定积分常数Ｑ和Ｃ２，桩端边界条件如下：??ｗ（ｚ，〇｜：＝ｉ?＝ｗｂ（，）?（２－３２）??加（ｚ，ｒ）｜?－?Ｐｂ（〇??ｄｚ?Ｕ￣?ｎｒｌＥｖ?（２＿３３）??对式（２－３２）和式（２－３３）分别进行拉普拉斯变换，可得：??１７??
【参考文献】：
期刊论文
[1]某既有高层建筑下方逆作开挖增建地下室设计关键技术[J]. 杨学林,祝文畏,周平槐. 岩石力学与工程学报. 2018(S1)
[2]考虑时效性的静压桩荷载–沉降关系预测方法[J]. 李林,李镜培,孙德安,张凌翔. 岩土工程学报. 2017(12)
[3]非线性粘弹性土中单桩沉降时间效应分析新方法（英文）[J]. Zhen-ya LI,Kui-hua WANG,Shu-hui LV,Wen-bing WU. Journal of Zhejiang University-Science A（Applied Physics & Engineering）. 2015(08)
[4]既有建筑物地下室增层开挖群桩沉降性状研究[J]. 单华峰,夏唐代,俞峰,楼春晖. 岩土工程学报. 2015(S1)
[5]考虑桩侧土体非线性的静荷载作用下的单桩沉降时间效应研究[J]. 李振亚,王奎华,吕述晖,庾焱秋. 岩石力学与工程学报. 2015(05)
[6]Theoretical investigation of interaction between a rectangular plate and fractional viscoelastic foundation[J]. Chengcheng Zhang,Honghu Zhu,Bin Shi,Linchao Liu. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2014(04)
[7]既有地下室增层开挖引起的桩基侧摩阻力损失分析[J]. 龚晓南,伍程杰,俞峰,房凯,杨淼. 岩土工程学报. 2013(11)
[8]开口管桩竖向承载力时间效应研究[J]. 刘俊伟,张明义,寇海磊. 岩土力学. 2012(S1)
[9]Simulation of influence of multi-defects on long-term working performance of high arch dam[J]. ZHANG GuoXin ,LIU Yi,ZHENG CuiYing & FENG Fan State Key Laboratory of Simulation and Regulation of Water Cycle in River Basin,Beijing 100038,China;China Institute of Water Resources and Hydropower Research,Beijing 100038,China. Science China（Technological Sciences）. 2011(S1)
[10]基于广义剪切位移法的桥梁桩基长期沉降分析[J]. 王东栋,孙钧. 岩土工程学报. 2011(S2)
博士论文
[1]广义分数阶粘弹性力学的理论研究[D]. 杨小军.中国矿业大学 2017
[2]深厚软土区段高速铁路桥梁桩基工后沉降特性研究[D]. 冯胜洋.中南大学 2014
[3]分数阶微积分在粘弹性材料本构方程中的某些应用[D]. 刘甲国.山东大学 2006
[4]静荷载下单桩沉降的时间效应研究[D]. 贺武斌.浙江大学 2003
[5]具有分数导数型本构关系的粘弹性结构的静动力学行为分析[D]. 李根国.上海大学 2001
硕士论文
[1]既有建筑地下增层开挖条件下在役桩竖向承载特性研究[D]. 冯若峰.山东大学 2019
[2]基于软黏土流变特性的桩基变形研究[D]. 糜长林.扬州大学 2016
[3]地下增层开挖对既有桩基受力性状的研究[D]. 赵晴.浙江大学 2015
[4]深厚软土区段客运专线超长桥梁桩基长期变形特性研究[D]. 张强.中南大学 2012
[5]高层建筑桩基础荷载传递规律与长期沉降变形研究[D]. 王非.东南大学 2006
[6]软土深基坑工程时间效应研究[D]. 徐浩峰.浙江大学 2003
本文编号：3523011
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：110 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１?—维分数阶Ｍｅｒｃｈａｎｔ粘弹性模型图解??
竖向受荷粧沉降时间效应分析方法研宄?????在土体中的加筋作用。根据Ｒａｎｄｏｌｐｈ和Ｗｒｏｔｈ［１１８］的建议，受荷时桩周土体剪应??力的增量将远远大于其垂直方向应力的增量，其主要位移将沿着桩侧竖直方向，??经过简化分析，可认为桩周土体剪应力与距桩轴径向距离成反比，在给定深度ｚ??处桩土界面处的竖向位移可表示为：??ｗ⑷＝＂〇）?（２－８）??Ｕ??式中，Ｔ（ｚ）表示桩侧深度Ｚ处的剪切摩阻力；Ｇ表示土体的剪切模量；＾表示桩??径；ｒｍ表示从桩轴到可忽略剪应力位置的径向距离，定义为最大影响半径，对于??均质土体其最大影响半径表示如下［１１８］：??ｒｍ?＝２．５１（１－／／）?（２－９）??式中，Ｚ表示桩长；／／表示桩周土体的泊松比。??????７＊ｍ??＾??Ａ??７７?？７７?７７?７＾?ｒｖ＂?７７?７＾￣．ｙ－￣??＇＇Ｉ??—２＇〇??ｂ??图２－２均质土中单桩最大影响半径示意图??将式（２－８）代入式（２－９）中，可改写为：??ｗ（ｚ）?＝?ｂ?［２．５１（１?－?／／）?／?ｒ０?］?（２－１０）??Ｃｊ??根据Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏ和Ｇｏｏｄｉｅｒ［１２２］的建议，桩端位移ｗｂ可表示为：??ＰＭ－ｕ）??（２－１１）??式中，八表示桩端阻力。??同样根据对应性原理［１２＞１２４］，可利用拉普拉斯变换技术将弹性问题转变到粘??弹性问题。分别对式（２－１０）和式（２－１１）进行拉普拉斯变换，可得：??１４??
山东大学硕士学位论文??将式（２－１２）代入式（２－２６），可得：??ｄ２ｗ（ｚ，ｓ）??２Ｇ（ｓ）?－??＆２?／■〇２￡ｐｌｎ｛２．５Ｌ［ｌ－Ｍ５）］／ｒ０｝１ＶＺ，＇?（２＿２９）??上式为关于ｚ的二阶常微分方程，其通解可表示为：??＋?Ｃ２ｅ－＆?（２－３０）??式中，（＾和（：２表示关于ｚ的积分常数；可得５的表达式为：??５?＝丄丨?２石〇〇＿??ｒ〇＾￡ｐｌｎｌ２．５Ｌ［ｌ－Ｍｓ）］／ｒ０Ｊ??＝丄?２ｄ（ｂａｔ＾ｓａ＋＼）?—?（２＿３１）??ｒ０?５／ｃ－ｒ３（６°／＾°?＋?〇?＋１）?＋?＾ｃ｛ｂａｔａｃｓａ?＋１）１??十代？＋叫４卜（以，＋』）一设Ｔｉ）］＾??式中，无量纲参数ＪｚＧｉ／ｆｐ，表示一个模量比；无量纲参数《ｒ?＝?Ｌ／ｒ〇，表示桩的??长径比。??Ａ??一卞?＾?―??Ｗ一??．‘?Ｉ??２ｒ０?????—条？？???———????图２－３均质土中单桩沉降示意图??根据桩的受力边界条件可以确定积分常数Ｑ和Ｃ２，桩端边界条件如下：??ｗ（ｚ，〇｜：＝ｉ?＝ｗｂ（，）?（２－３２）??加（ｚ，ｒ）｜?－?Ｐｂ（〇??ｄｚ?Ｕ￣?ｎｒｌＥｖ?（２＿３３）??对式（２－３２）和式（２－３３）分别进行拉普拉斯变换，可得：??１７??
【参考文献】：
期刊论文
[1]某既有高层建筑下方逆作开挖增建地下室设计关键技术[J]. 杨学林,祝文畏,周平槐. 岩石力学与工程学报. 2018(S1)
[2]考虑时效性的静压桩荷载–沉降关系预测方法[J]. 李林,李镜培,孙德安,张凌翔. 岩土工程学报. 2017(12)
[3]非线性粘弹性土中单桩沉降时间效应分析新方法（英文）[J]. Zhen-ya LI,Kui-hua WANG,Shu-hui LV,Wen-bing WU. Journal of Zhejiang University-Science A（Applied Physics & Engineering）. 2015(08)
[4]既有建筑物地下室增层开挖群桩沉降性状研究[J]. 单华峰,夏唐代,俞峰,楼春晖. 岩土工程学报. 2015(S1)
[5]考虑桩侧土体非线性的静荷载作用下的单桩沉降时间效应研究[J]. 李振亚,王奎华,吕述晖,庾焱秋. 岩石力学与工程学报. 2015(05)
[6]Theoretical investigation of interaction between a rectangular plate and fractional viscoelastic foundation[J]. Chengcheng Zhang,Honghu Zhu,Bin Shi,Linchao Liu. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2014(04)
[7]既有地下室增层开挖引起的桩基侧摩阻力损失分析[J]. 龚晓南,伍程杰,俞峰,房凯,杨淼. 岩土工程学报. 2013(11)
[8]开口管桩竖向承载力时间效应研究[J]. 刘俊伟,张明义,寇海磊. 岩土力学. 2012(S1)
[9]Simulation of influence of multi-defects on long-term working performance of high arch dam[J]. ZHANG GuoXin ,LIU Yi,ZHENG CuiYing & FENG Fan State Key Laboratory of Simulation and Regulation of Water Cycle in River Basin,Beijing 100038,China;China Institute of Water Resources and Hydropower Research,Beijing 100038,China. Science China（Technological Sciences）. 2011(S1)
[10]基于广义剪切位移法的桥梁桩基长期沉降分析[J]. 王东栋,孙钧. 岩土工程学报. 2011(S2)
博士论文
[1]广义分数阶粘弹性力学的理论研究[D]. 杨小军.中国矿业大学 2017
[2]深厚软土区段高速铁路桥梁桩基工后沉降特性研究[D]. 冯胜洋.中南大学 2014
[3]分数阶微积分在粘弹性材料本构方程中的某些应用[D]. 刘甲国.山东大学 2006
[4]静荷载下单桩沉降的时间效应研究[D]. 贺武斌.浙江大学 2003
[5]具有分数导数型本构关系的粘弹性结构的静动力学行为分析[D]. 李根国.上海大学 2001
硕士论文
[1]既有建筑地下增层开挖条件下在役桩竖向承载特性研究[D]. 冯若峰.山东大学 2019
[2]基于软黏土流变特性的桩基变形研究[D]. 糜长林.扬州大学 2016
[3]地下增层开挖对既有桩基受力性状的研究[D]. 赵晴.浙江大学 2015
[4]深厚软土区段客运专线超长桥梁桩基长期变形特性研究[D]. 张强.中南大学 2012
[5]高层建筑桩基础荷载传递规律与长期沉降变形研究[D]. 王非.东南大学 2006
[6]软土深基坑工程时间效应研究[D]. 徐浩峰.浙江大学 2003
本文编号：3523011
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