嵌巖樁豎向承載機理及其承載力計算方法研究.pdf

1、隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，我國交通基礎設施建設步伐越來越快，為實現(xiàn)國家西部大開發(fā)戰(zhàn)略，邊遠山區(qū)及西部地區(qū)的公路、橋梁等交通基礎設施建設正穩(wěn)步推進，跨江河與跨山谷高架橋的修建日益增多。對于大跨徑橋梁，其上部荷載較大且對沉降要求較為嚴格，而嵌巖樁是少數(shù)幾種能直接建造在基巖上的基礎結構形式之一，其承載力高，沉降較土體中更容易控制在允許范圍內(nèi)，因而嵌巖樁在橋梁基礎工程中得到了廣范的應用。但是由于橋梁工程嵌巖樁基所處的水文地質(zhì)條件復雜、施工工藝多樣

2、、極限承載力較高、靜載荷試驗不能達到破壞等原因，人們對其承載性狀存在著不同的認識，在承載力計算及嵌巖深度的確定上差別較大。因此深入研究嵌巖樁的承載機理，確定其承載力計算方法，合理選擇嵌巖樁設計參數(shù)成為亟待解決的問題。故本文結合國家自然科學基金項目“按樁頂沉降控制基樁豎向承載力的設計理論研究”(項目編號50878083)以及湖南省交通廳項目“山區(qū)超高橋墩樁基礎承載機理及優(yōu)化設計研究”等課題，對此開展深入系統(tǒng)的研究。
　　 本文首先

3、綜合分析了嵌巖樁承載特性與受力機理，基于巖體結構面剪切強度的研究方法，從嵌巖樁樁-巖界面的剪切-位移細觀受力機理出發(fā)，建立了基于剪脹效應的樁側摩阻力的二段線性軟化跌落模型，通過荷載傳遞法求得彈塑性條件下的樁側摩阻力及樁身軸力的解析式。探討了直徑d、巖石模量Er、剪脹角β對嵌巖樁承載特性的影響。在剪脹模型的基礎上，進一步引入分形維數(shù)描述的兩相接觸介質(zhì)粗糙表面的抗剪強度公式，建立了以分形維數(shù)D表示的嵌巖樁側摩阻力傳遞模型，求得彈性條件下的樁

4、側摩阻力及樁身軸力的解析式?；谒@得的解答，深入地探討了分維數(shù)D對樁側摩阻力τ(z)、樁身軸力P(z)的影響規(guī)律。
　　 其次，基于得到的樁-巖界面模型，從能量原理出發(fā)，建立了樁體受荷載時的能量平衡方程，將樁體離散成許多受力單元，對能量平衡方程進行差分后，利用位移協(xié)調(diào)關系對嵌巖樁樁頂荷載.位移曲線進行數(shù)值求解，從而實現(xiàn)按樁頂位移控制承載力的設計方法。并考慮嵌巖段巖體質(zhì)量及所處應力狀態(tài)對極限承載力的影響，引入Hoek-Brown

5、巖體經(jīng)驗強度準則，采用Lambe變換，建立嵌巖段樁側摩阻力模型，然后基于簡化的樁端巖體破壞模式，利用極限平衡原理，推導了三向壓力下嵌巖樁樁端阻力的計算公式，進而導得嵌巖樁極限承載力計算公式。
　　 再次，從滿足豎向承載力要求對樁基的嵌巖深度進行了探討，基于嵌巖樁的位移計算公式，推導了可按樁頂荷載和沉降要求共同確定的嵌巖深度計算公式，并就樁頂沉降對嵌巖深度及嵌巖深度對樁端荷載分擔比的影響進行了探討。針對規(guī)范中按橫向荷載確定的嵌巖深

6、度計算模型進行改進，考慮由樁體轉動引起的樁側法向應力和水平向的摩阻力的共同作用替代原有單一水平方法應力的作用，得到改進的嵌巖深度計算公式。同時進一步針對巖溶地區(qū)樁基嵌巖深度的確定問題，將樁端荷載作用下巖層的極限破壞視為沖切破壞，引進格里菲斯非線性巖石強度準則，采用極限分析上限法確定了沖切破壞面的功能方程，通過變分原理對功能方程的極值求解，進一步通過微分得到了樁端巖層抗沖切安全厚度，進而對巖溶區(qū)樁基的樁長進行優(yōu)化。
　　 針對橋梁