巨型基礎(chǔ)承載特性的尺寸效應(yīng)研究.pdf

1、超大直徑基礎(chǔ)在橋梁基礎(chǔ)和海上風(fēng)電場(chǎng)中應(yīng)用日趨廣泛，其直徑高達(dá)6.0-8.0m，由此引起的尺寸效應(yīng)及其對(duì)基礎(chǔ)水平承載特性的影響不容忽視。而要進(jìn)行超大直徑基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)，深入了解其水平承載特性至關(guān)重要?，F(xiàn)有的設(shè)計(jì)方法皆基于小直徑樁原位或模型試驗(yàn)得出，并直接應(yīng)用到實(shí)際工程中各類尺寸的樁上;而由于尺寸效應(yīng)的存在，對(duì)于大直徑基礎(chǔ)計(jì)算結(jié)果的可靠性值得懷疑。由于超大直徑基礎(chǔ)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)困難，設(shè)計(jì)中沒有可供借鑒的的經(jīng)驗(yàn)，使設(shè)計(jì)缺乏合理的方法和依據(jù)，這就使得

2、超大型基礎(chǔ)承載力的確定和設(shè)計(jì)成為目前工程實(shí)踐中的主要難題之一。因此，深入研究超大型基礎(chǔ)水平承載機(jī)理，提出可行的承載力和變形分析方法，為橋梁沉井基礎(chǔ)以及近海風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)等設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)，具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。本文依托國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（973計(jì)劃，課題編號(hào)2013CB036304）子課題“復(fù)雜環(huán)境下深水基礎(chǔ)承載行為演化與長期性能設(shè)計(jì)”，進(jìn)行超大型尺寸的鋼管樁基礎(chǔ)和沉井基礎(chǔ)承載特性的尺寸效應(yīng)研究。
　　本文利用理論分析、原

3、位試驗(yàn)和數(shù)值分析手段，系統(tǒng)研究尺寸效應(yīng)對(duì)土抗力及附加彎矩的影響機(jī)理。應(yīng)用數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方法，以雙曲線模型為研究基礎(chǔ)，采用ABAQUS數(shù)值分析軟件，提出了基于尺寸效應(yīng)和土性參數(shù)等指標(biāo)的土抗力修正公式，并對(duì)p-y曲線初始剛度和極限土抗力進(jìn)行了修正;通過對(duì)比，基于樁徑、埋深和內(nèi)摩擦角等因素的修正p-y曲線與實(shí)測(cè)曲線更接近，表明在運(yùn)用p-y曲線研究樁水平受力特性時(shí)尺寸效應(yīng)的影響較大。采用文克爾地基模型研究了考慮尺寸效應(yīng)的沉井基礎(chǔ)的水平承載特

4、性，利用彈性地基上歐拉-伯努利梁的撓曲線微分方程來求解沉井的變形和內(nèi)力。在研究沉井基礎(chǔ)水平承載特性的尺寸效應(yīng)時(shí)，除了考慮水平力作用外，還考慮了樁身側(cè)摩擦力和修正土抗力等因素的作用，形成了完整系統(tǒng)的理論體系，并結(jié)合矩陣傳遞法和拉普拉斯正逆變換來實(shí)現(xiàn)理論體系的求解。結(jié)合課題組在淮河特大橋和馬鞍山長江大橋進(jìn)行的沉井水平靜載試驗(yàn)，對(duì)沉井基礎(chǔ)水平承載特性尺寸效應(yīng)研究進(jìn)行了試驗(yàn)校核。通過兩個(gè)原位試驗(yàn)的校核發(fā)現(xiàn)，考慮側(cè)摩阻力影響時(shí)的計(jì)算值與實(shí)測(cè)值吻合

5、較好，本文計(jì)算值與實(shí)測(cè)值位移及彎矩最大誤差不超過10％，表明本文計(jì)算理論可以很好地預(yù)測(cè)沉井基礎(chǔ)變形及內(nèi)力特性。對(duì)考慮尺寸效應(yīng)影響的鋼管樁基礎(chǔ)承載特性進(jìn)行了研究。以現(xiàn)場(chǎng)2m直徑鋼管樁試驗(yàn)數(shù)據(jù)作為依據(jù)，校核ABAQUS模擬參數(shù)，開展6.6m直徑鋼管樁基礎(chǔ)水平承載特性研究，最后采用本文計(jì)算理論進(jìn)行計(jì)算，考慮樁身側(cè)摩擦力和修正土抗力等綜合作用來分析鋼管樁基礎(chǔ)水平承載特性，并結(jié)合矩陣傳遞法和拉普拉斯正逆變換來實(shí)現(xiàn)理論體系的求解，求解過程中根據(jù)鋼管

6、樁實(shí)際受力情況，將鋼管樁分為塑性段和彈性段分別求解，并結(jié)合邊界條件構(gòu)建完整求解體系。通過對(duì)比分析，本文計(jì)算值與ABAQUS有限元計(jì)算位移及彎矩最大誤差不超過10％，表明本文計(jì)算理論可以很好地預(yù)測(cè)超大直徑鋼管樁基礎(chǔ)變形及內(nèi)力特性。針對(duì)瓊州海峽大橋，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際地層力學(xué)參數(shù)，得出本工程的p-y曲線和τ-s曲線等，采用本文提出的巨型基礎(chǔ)水平承載特性計(jì)算理論，對(duì)該工程某一直徑為88m的沉井在水平荷載作用下內(nèi)力及變形進(jìn)行了計(jì)算，以期為工程設(shè)計(jì)及施