深長樁荷載傳遞特性與相互作用理論及應用研究.pdf

1、樁基礎是土木工程領域中應用較為廣泛的基礎形式之一。本文主要針對深長樁在工程應用中存在的問題，深入分析相關課題的原位試驗資料和室內(nèi)模型試驗結果，對豎向、水平向承受荷載的深長樁的承載性狀和變形特性進行了系統(tǒng)的研究。主要研究內(nèi)容包括：樁土接觸面荷載傳遞特性的試驗研究、單樁豎向承載工作機制及極限承載力確定、群樁基礎相互作用機理分析及沉降計算方法的研究，以及水平荷載作用下單樁、群樁基礎的承載和變形特性和計算模型的應用研究。 樁土界面的物理

2、力學特性直接決定著樁基礎的承載性狀和變形特性。本文首先進行了室內(nèi)混凝土塊和粉土介質之間的剪切模型試驗研究。結果表明，隨著垂直壓力的增加，樁土間的荷載位移關系(τ-z)曲線由單駝峰模式轉變?yōu)殡p曲線模式，說明在壓力較低時，表現(xiàn)為軟化效應，反之則表現(xiàn)為強化效應。土的含水量和孔隙比對樁土界面的力學特性影響較大，存在一個最優(yōu)含水量，此時樁土界面的摩擦力為最大。另一方面，在剪切初始階段，樁土界面的剪切模量較大，隨著剪切位移的增大，剪切模量逐漸減少。

3、根據(jù)試驗結果，本文首次提出了采用非線性塑性荷載位移模式來模擬樁土接觸面的力學特性。 通過對超長樁現(xiàn)場單樁靜載荷試驗的資料分析，發(fā)現(xiàn)超長樁的荷載傳遞特性表現(xiàn)出了一定的端承摩擦樁的特性，其P-S曲線，相對于一般摩擦樁而言變化較平緩。結合室內(nèi)樁土接觸面的模型試驗得到的土層軟化、強化變化情況，統(tǒng)計分析了數(shù)十根樁的載荷試驗資料，得到了不同埋深的土層的軟化系數(shù)和硬化系數(shù)，以及樁端承載力修正系數(shù)，對現(xiàn)行規(guī)范采用的單樁極限承載力的計算方法提出修

4、正方法。在此基礎上，針對現(xiàn)行規(guī)范樁側極限摩阻力確定方法存在的缺陷，提出了采用地基土的孔隙函數(shù)(孔隙比)和含水比(含水量)兩個指標來確定樁側土體的極限摩阻力的雙參數(shù)法。 根據(jù)一維桿系結構有限元法和荷載傳遞迭代法相耦合的原理，形成一種單樁沉降計算方法。該方法中，非均質土中的單樁荷載傳遞規(guī)律采用非線性塑性荷載位移模式，同時采用三折線荷載位移模式進行分析比較。計算結果表明，兩種荷載位移模式的計算結果和實測結果基本一致，且能體現(xiàn)出樁側土體

5、的非線性特征。在此基礎上，引入土體的“層元”模型理論模擬群樁間相互作用，使得計算進一步簡化。深入分析群樁“束縛”效應的機理，提出計算“束縛”作用的迭代法，使得群樁沉降計算結果與實際情況相吻合。并應用此理論，對群樁的沉降規(guī)律進行了計算分析。 對于水平承載樁，采用p-y曲線法與彈性梁有限單元法相耦合的方法來分析其工作特性。同時引入Briaud提出的第一剪切零點(Dv)的概念，在保證計算精度的基礎上，簡化計算過程。對于水平荷載作用下的

6、群樁基礎，本文詳細分析了群樁相互作用的機理，指出：水平荷載作用下，群樁內(nèi)各單樁間同時存在“折減”效應和“疊加”效應，即沿著水平荷載作用方向，前排樁前傾引起后排樁間土抗力的折減，而后排樁向前的水平位移引起前排樁的水平位移增加。這兩種效應應該是同時存在，且相互影響的，根據(jù)這一結果，本文提出了“前折減后疊加”的群樁分析模型。通過對實例的計算分析表明，p-y曲線法與彈性梁有限單元法相耦合的方法以及“前折減后疊加”模型的結算結果與試驗結果相吻合。