懸臂抗滑樁土拱效應(yīng)的靜力及動(dòng)力特性研究.pdf

1、懸臂樁作為一種常見的支護(hù)方式而被用于邊坡,基坑等工程中,盡管懸臂樁的應(yīng)用廣泛,然而它的支護(hù)原理卻研究相對(duì)緩慢,特別是基于樁后成拱的荷載傳遞原理以及拱在動(dòng)力作用下的響應(yīng)情況,目前所見文獻(xiàn)不多。論文依托于重慶市百名工程技術(shù)高端人才計(jì)劃項(xiàng)目―懸臂式抗滑樁三維土拱效應(yīng)及其動(dòng)力災(zāi)變研究,通過對(duì)懸臂式抗滑樁樁后土體受水平推力形成水平拱以及樁間土體受沉降壓縮形成豎直拱效應(yīng)進(jìn)行理論分析以及有限元?jiǎng)恿δM分析,并與室內(nèi)靜力試驗(yàn)和室外大型試驗(yàn)現(xiàn)象及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

2、進(jìn)行對(duì)比,主要研究?jī)?nèi)容包括：
　　⑴將懸臂抗滑樁土拱效應(yīng)分解為水平拱和豎直拱兩種情況,水平拱是由于在水平面內(nèi)的推力以及樁背面作為拱腳形成的,因此,主要存在于樁后土體中;豎直拱是由于豎直面內(nèi)的重力以及樁側(cè)面的摩擦阻力作為拱腳而形成的,因此,存在于兩樁之間的土體,由于懸臂式抗滑樁主要承受水平推力,因此樁后土體形成的水平拱是懸臂樁土拱效應(yīng)的主要拱形,而樁間土體在豎直平面內(nèi)形成的豎直拱效應(yīng)作用強(qiáng)度較弱。
　?、蒲芯苛藰逗笸馏w形成水平

3、拱的極限荷載,在前人得出水平拱的合理拱軸線為拋物線的基礎(chǔ)上,結(jié)合土體的強(qiáng)度準(zhǔn)則,求解水平拱的極限荷載公式以及水平拱沿深度方向的空間變化規(guī)律,分析得出:水平拱拱高隨土體內(nèi)摩擦角的增大而增大,沿深度方向拱效應(yīng)逐漸增強(qiáng)。通過有限元對(duì)不同工況的模擬,對(duì)水平拱隨外荷載的遷移規(guī)律和樁后土體的擠密區(qū)域進(jìn)行了研究,結(jié)果表明:隨著外荷載的增加,水平拱向遠(yuǎn)離樁的方向遷移,土體的擠密厚度變化較小;考慮樁間設(shè)板的平面二維分析,工況分為:樁前設(shè)板和樁后設(shè)板,通過

4、外荷載的變化研究可以得知:在加設(shè)擋板后樁后土體的極限荷載增加2.5倍左右,土體的應(yīng)力分布也更加復(fù)雜。
　?、峭ㄟ^對(duì)樁間土的豎直拱力學(xué)模型研究,得出豎直拱的合理拱軸線為懸鏈線,結(jié)合土體應(yīng)力狀態(tài)隨深度的變化特征以及普氏拱理論,求得豎直拱拱腳的埋深以及影響因素。通過有限元模擬中樁土接觸面的應(yīng)力變化,驗(yàn)證了豎直拱拱腳位置,通過外荷載不斷增加的分析可知:在荷載增加到一定程度時(shí),在沿樁長(zhǎng)的方向會(huì)在不同埋深處形成多個(gè)豎直拱。
　　⑷在懸臂

5、樁三維土拱效應(yīng)的分析中,樁后土體為粉質(zhì)粘土,樁寬為2m,樁間凈距為2.5m,懸臂段長(zhǎng)度為8m的模型下,樁后土體第一主應(yīng)力成拱效應(yīng)明顯,沿深度方向拱效應(yīng)先增加后減小,在樁后土體上部最大拱頂點(diǎn)距樁的距離為樁寬的3/4,樁間凈距的3/5;在距地表埋深3m處第一主應(yīng)力峰值消失,可見形成土拱的有效深度為3m左右,為懸臂段樁長(zhǎng)的2/5。通過改變懸臂段的高度分析對(duì)樁后土拱效應(yīng)的影響,在空間內(nèi)土拱曲面位于抗滑樁懸臂段上部土體的位置,結(jié)合不同懸臂段高度的

6、模型分析,對(duì)比拱頂隨深度變化可知隨著懸臂抗滑樁懸臂段高度的增加,土拱效應(yīng)增強(qiáng),影響區(qū)域增大。
　?、赏ㄟ^二維水平拱和豎直拱的動(dòng)力分析研究,并與對(duì)應(yīng)的靜力下土拱效應(yīng)進(jìn)行對(duì)比分析,其結(jié)果表明:在動(dòng)力作用下,水平拱存在與否與地震波的輸入方向密切相關(guān),當(dāng)?shù)卣鹆ρ卮怪庇跇墩孀饔脮r(shí),土拱效應(yīng)增強(qiáng),當(dāng)?shù)卣鹆ρ卮怪庇跇秱?cè)面作用時(shí),拱效應(yīng)消失。
　?、释ㄟ^建立懸臂樁支護(hù)邊坡的三維模型,分析樁后土拱的空間效應(yīng),并與室內(nèi)試驗(yàn)和室外大型原位試驗(yàn)進(jìn)

7、行對(duì)比驗(yàn)證,結(jié)果表明:樁間三維土拱效應(yīng)沿樁長(zhǎng)方向先增大后逐漸減小,從而導(dǎo)致樁間土體主要集中在上部發(fā)生垮塌;建立復(fù)雜的懸臂樁三維動(dòng)力分析模型,根據(jù)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范,常遇地震時(shí)程分析對(duì)應(yīng)的基本加速度值為0.2g,地震波選取EL-Centro波,工程所在地場(chǎng)地類型屬Ⅱ類場(chǎng)地,抗震設(shè)防烈度為8度,工況分為:樁間不設(shè)板和樁后設(shè)板兩種情況,分析懸臂式抗滑樁樁間滑體內(nèi)拱效應(yīng)在靜力和動(dòng)力作用下的土體的位移響應(yīng)和應(yīng)力響應(yīng),其分析結(jié)果表明:懸臂樁土拱效應(yīng)在