巖質(zhì)陡坡橋梁樁基承載機(jī)理及其分析方法研究.pdf

1、隨著我國(guó)西部山區(qū)高速公路建設(shè)的蓬勃發(fā)展，為滿(mǎn)足線形及保護(hù)自然環(huán)境的需要，在巖質(zhì)陡坡段采用高架橋形式穿越不可避免。此時(shí)，如何確保陡坡橋梁樁基的設(shè)計(jì)合理與工程安全是一個(gè)值得工程技術(shù)人員密切關(guān)注的問(wèn)題，而深入地了解其承載機(jī)理及準(zhǔn)確的內(nèi)力分析計(jì)算是解決該問(wèn)題的基本前提。為此，本文結(jié)合國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“陡坡段橋梁樁基設(shè)計(jì)理論與數(shù)值模擬方法研究”(50578060)和湖南省交通科技項(xiàng)目“高陡邊坡段橋梁樁基設(shè)計(jì)與防護(hù)技術(shù)研究”(200513)，從

2、理論與試驗(yàn)上對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行較系統(tǒng)深入的研究，提出整套巖質(zhì)陡坡橋梁基樁的設(shè)計(jì)計(jì)算理論。 本文首先詳細(xì)論述了常規(guī)豎向承壓樁及被動(dòng)樁在豎向荷載、橫向荷載以及組合荷載作用下的受力特性，分析了巖質(zhì)陡坡橋梁樁基與常規(guī)樁基的主要區(qū)別。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)建立合理的樁側(cè)、樁端荷載傳遞模型，并考慮到樁周巖層的分層特性及側(cè)阻發(fā)揮程度，導(dǎo)出了樁頂沉降量的計(jì)算公式，從而提出了按樁頂沉降量控制基樁豎向承載力的方法。此外，在分析了受荷特點(diǎn)之后，將荷載歸為樁頂豎向

3、荷載及橫向荷載、滑體下滑推力及樁周巖體抗力，并以滑動(dòng)面為界，基于m法，分別建立了基樁撓曲微分方程，進(jìn)而采用冪級(jí)數(shù)求解，推導(dǎo)出基樁內(nèi)力計(jì)算公式，從而解決巖質(zhì)陡坡橋梁基樁的內(nèi)力及位移分析問(wèn)題。 為進(jìn)一步探討巖質(zhì)陡坡橋梁樁基的受力特性，引入數(shù)值流形方法解決了巖質(zhì)邊坡橋梁基樁體系中的兩大關(guān)鍵問(wèn)題：樁巖接觸面的不連續(xù)變形問(wèn)題與樁周巖體的本構(gòu)模型的確定問(wèn)題。針對(duì)樁巖接觸面的不連續(xù)變形特性，對(duì)可能出現(xiàn)的大變形情形，采用一般接觸進(jìn)入理論求解，將

4、接觸關(guān)系視為點(diǎn)與邊的接觸，重點(diǎn)解決接觸關(guān)系的尋找與確定及接觸關(guān)系開(kāi)合迭代的實(shí)施方法；而針對(duì)一般接觸進(jìn)入理論計(jì)算繁瑣的缺點(diǎn)，對(duì)于更為普遍的小變形情況，引入擴(kuò)展Lagrange乘子法進(jìn)行求解，從而更為快速的求解樁巖接觸面的接觸問(wèn)題；針對(duì)樁周巖體應(yīng)變軟化的特點(diǎn)，通過(guò)引進(jìn)統(tǒng)計(jì)理論及損傷力學(xué)，建立出巖石的統(tǒng)計(jì)損傷本構(gòu)模型，并推導(dǎo)出相應(yīng)的本構(gòu)矩陣，采用弧長(zhǎng)法求解非線性方程，進(jìn)而基于VisualC++平臺(tái)編制了大型的數(shù)值流形方法的應(yīng)用程序。在解決上述

5、兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題后，建立了巖質(zhì)陡坡橋梁基樁的計(jì)算模型，通過(guò)改變模型參數(shù)等方法，對(duì)其影響因素及嵌巖深度問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)探討，提出了合理的嵌巖深度與圍巖穩(wěn)定厚度。 最后，設(shè)計(jì)并完成了多組巖質(zhì)邊坡基樁的室內(nèi)模型試驗(yàn)，通過(guò)改變荷載方式、樁頂自由長(zhǎng)度等參數(shù)，在分析樁側(cè)下滑推力以及基樁內(nèi)力與位移的分布規(guī)律的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析了巖質(zhì)邊坡基樁的受力影響因素及相關(guān)規(guī)律，并結(jié)合論文依托工程，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)試驗(yàn)實(shí)測(cè)結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果的對(duì)比分析，進(jìn)一步驗(yàn)證了