基于統(tǒng)一強度理論的樁基擴(kuò)孔問題彈塑性分析.pdf

1、擠密樁、靜壓樁、沉管樁等具有擠密、擠土效應(yīng)的施工方法是國內(nèi)外工程界最常用的和最有效的常規(guī)地基處理方法，這些施工技術(shù)可以更好地改良土質(zhì)，形成復(fù)合地基，達(dá)到提高地基承載能力的目的。它們所涉及的工程原理都屬于樁基擴(kuò)孔問題，因此，開展樁基擴(kuò)孔過程中孔周土體的應(yīng)力場和位移場分布的理論研究有重要的理論意義和工程應(yīng)用價值。 目前，在樁基擴(kuò)孔問題上的研究，大多是限于對其各種工程技術(shù)和不同土質(zhì)處理方式方面的研究，但是對樁基擴(kuò)孔過程中孔周土體的應(yīng)力

2、變化和隨應(yīng)力變化發(fā)生的孔周土體擠密機(jī)理研究卻甚少涉及。同時，樁基擴(kuò)孔過程中，孔周土體的應(yīng)力場變化及其相應(yīng)的土體塑性變形理論研究還很不完善，在以往的理論推導(dǎo)過程中多采用Tresca、Mohr-Coulomb等強度準(zhǔn)則，沒有考慮中間主應(yīng)力和土壤SD效應(yīng)的影響，致使其計算結(jié)果往往與實際情況不符。因此，本文采用統(tǒng)一強度理論和孔擴(kuò)張理論對樁基擴(kuò)孔中孔周土體的應(yīng)力場和位移場進(jìn)行彈塑性理論分析。 在粘性土中，假設(shè)樁周土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系為理想的彈

3、塑性模型，并認(rèn)為土壤材料在塑性狀態(tài)服從統(tǒng)一強度屈服準(zhǔn)則，粘性土的彈塑性區(qū)均采用小應(yīng)變理論。 使用新的統(tǒng)一強度理論分別對樁基擴(kuò)孔問題單樁和群樁兩種情況下的平面應(yīng)力場和平面應(yīng)變場進(jìn)行了理論推導(dǎo)，系統(tǒng)得給出了用以描述樁基擴(kuò)孔行為的一系列新的解析式，單樁情況下所得解析式是群樁情況下所得解的特例。 該過程考慮了土壤材料SD效應(yīng)(拉壓性能不同)和中間主應(yīng)力效應(yīng)，并可根據(jù)以上兩種效應(yīng)參數(shù)的確定，解析式均可退化為不同的、全新的用以描述粘

4、性土樁基擴(kuò)孔行為的新解，文中為便于和以往解析式對比，給出了描述粘性土樁孔擴(kuò)張行為的Tresca系列解。同時進(jìn)行了粘性土中統(tǒng)一強度參數(shù)的影響分析。上述取得的理論成果，填補了粘性土中樁基擴(kuò)孔工程方面的理論空白，可以有效地應(yīng)用于該方面工程問題的理論分析和設(shè)計參考。 在非粘性土中，假設(shè)樁周土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系為理想的彈塑性模型，并認(rèn)為土壤材料在塑性狀態(tài)服從統(tǒng)一強度屈服準(zhǔn)則，在彈性區(qū)、塑性區(qū)分別采用小應(yīng)變理論和大應(yīng)變理論進(jìn)行分析，將非粘性土剪

5、脹角引入塑性環(huán)的大應(yīng)變中，并利用無窮級數(shù)的迭代運算，求得剪脹性土壤的大應(yīng)變孔擴(kuò)張關(guān)系，當(dāng)非粘性土形成塑性環(huán)時，則利用非關(guān)聯(lián)流動法則推導(dǎo)出應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系。 通過使用新的統(tǒng)一強度理論分別對非粘性土樁基擴(kuò)孔問題單樁和群樁兩種情況下的平面應(yīng)力場和平面應(yīng)變場進(jìn)行了理論推導(dǎo)，系統(tǒng)得給出了用以描述樁基擴(kuò)孔行為的一系列新的解析式，單樁情況下所得解析式是群樁情況下所得解的特例。 該過程考慮了土壤材料SD效應(yīng)(拉壓性能不同)和中間主應(yīng)力效

6、應(yīng)，統(tǒng)一強度參數(shù)拉壓比α和中間主應(yīng)力影響系數(shù)b的確定，解析式可退化為不同的、全新的用以描述非粘性土樁基擴(kuò)孔行為的新解，文中為便于和以往解析式對比，給出了描述粘性土樁孔擴(kuò)張行為的Mohr-Coulomb系列解。同時進(jìn)行了非粘性土中統(tǒng)一強度參數(shù)的影響分析。 上述取得的理論成果，填補了非粘性土中樁基擴(kuò)孔工程方面的理論空白，可以有效地應(yīng)用于該方面工程問題的理論分析和設(shè)計參考。 本文對樁基擴(kuò)孔彈塑性理論進(jìn)行參數(shù)影響分析，從粘性土和

7、非粘性土的多個參數(shù)出發(fā)，討論了群樁有限邊界的擴(kuò)孔力-孔擴(kuò)比關(guān)系，分析了孔擴(kuò)張過程中樁孔初始半徑、樁孔邊界、初始地應(yīng)力、土壤剪切模量、土壤剪脹角和土壤內(nèi)摩擦角這些因素對樁基擴(kuò)孔問題中孔擴(kuò)張行為的影響。 對于粘性土，在相同土壤參數(shù)的前提下，本文理論解與Houlsby試驗值具有較好的一致性和相似性。同樣，對于非粘性土，在相同土壤參數(shù)的前提下，本文理論解相當(dāng)接近Hughes試驗值，尤其是單樁(即無限邊界)情況下，理論解與試驗值的擬合程度

8、較好，兩者誤差在5％以內(nèi)。同時，通過對上述土壤參數(shù)的影響分析，得出了樁基擴(kuò)孔過程中孔周土體變形的參數(shù)影響規(guī)律。這些規(guī)律極大地方便了粘性土和非粘性土中樁基擴(kuò)孔問題影響因素的宏觀定性分析。 本文從內(nèi)摩擦角、剪脹角、泊松比、土壤剪切模量和樁孔邊界五個因素出發(fā)，對樁基擴(kuò)孔過程中的極限擴(kuò)孔力進(jìn)行了影響分析，得到了土壤參數(shù)影響的一般性規(guī)律： 極限擴(kuò)孔力與內(nèi)摩擦角成正比關(guān)系； 土壤剪脹角對極限擴(kuò)孔力的影響很??； 泊松比