深長樁荷載傳遞特性與相互作用理論及應(yīng)用研究.pdf

1、樁基礎(chǔ)是土木工程領(lǐng)域中應(yīng)用較為廣泛的基礎(chǔ)形式之一。本文主要針對深長樁在工程應(yīng)用中存在的問題，深入分析相關(guān)課題的原位試驗(yàn)資料和室內(nèi)模型試驗(yàn)結(jié)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(jìn)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(yàn)研究、單樁豎向承載工作機(jī)制及極限承載力確定、群樁基礎(chǔ)相互作用機(jī)理分析及沉降計(jì)算方法的研究，以及水平荷載作用下單樁、群樁基礎(chǔ)的承載和變形特性和計(jì)算模型的應(yīng)用研究。 樁土界面的物理

2、力學(xué)特性直接決定著樁基礎(chǔ)的承載性狀和變形特性。本文首先進(jìn)行了室內(nèi)混凝土塊和粉土介質(zhì)之間的剪切模型試驗(yàn)研究。結(jié)果表明，隨著垂直壓力的增加，樁土間的荷載位移關(guān)系(τ-z)曲線由單駝峰模式轉(zhuǎn)變?yōu)殡p曲線模式，說明在壓力較低時(shí)，表現(xiàn)為軟化效應(yīng)，反之則表現(xiàn)為強(qiáng)化效應(yīng)。土的含水量和孔隙比對樁土界面的力學(xué)特性影響較大，存在一個(gè)最優(yōu)含水量，此時(shí)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(yàn)結(jié)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(xué)特性。 通過對超長樁現(xiàn)場單樁靜載荷試驗(yàn)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(jié)合室內(nèi)樁土接觸面的模型試驗(yàn)得到的土層軟化、強(qiáng)化變化情況，統(tǒng)計(jì)分析了數(shù)十根樁的載荷試驗(yàn)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(jì)算方法提出修

4、正方法。在此基礎(chǔ)上，針對現(xiàn)行規(guī)范樁側(cè)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(gè)指標(biāo)來確定樁側(cè)土體的極限摩阻力的雙參數(shù)法。 根據(jù)一維桿系結(jié)構(gòu)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(jì)算方法。該方法中，非均質(zhì)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(shí)采用三折線荷載位移模式進(jìn)行分析比較。計(jì)算結(jié)果表明，兩種荷載位移模式的計(jì)算結(jié)果和實(shí)測結(jié)果基本一致，且能體現(xiàn)出樁側(cè)土體

5、的非線性特征。在此基礎(chǔ)上，引入土體的“層元”模型理論模擬群樁間相互作用，使得計(jì)算進(jìn)一步簡化。深入分析群樁“束縛”效應(yīng)的機(jī)理，提出計(jì)算“束縛”作用的迭代法，使得群樁沉降計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況相吻合。并應(yīng)用此理論，對群樁的沉降規(guī)律進(jìn)行了計(jì)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(shí)引入Briaud提出的第一剪切零點(diǎn)(Dv)的概念，在保證計(jì)算精度的基礎(chǔ)上，簡化計(jì)算過程。對于水平荷載作用下的

6、群樁基礎(chǔ)，本文詳細(xì)分析了群樁相互作用的機(jī)理，指出：水平荷載作用下，群樁內(nèi)各單樁間同時(shí)存在“折減”效應(yīng)和“疊加”效應(yīng)，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(yīng)應(yīng)該是同時(shí)存在，且相互影響的，根據(jù)這一結(jié)果，本文提出了“前折減后疊加”的群樁分析模型。通過對實(shí)例的計(jì)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(jié)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果相吻合。