砂土中靜壓管樁模型試驗(yàn)及受力性能研究.pdf

1、靜壓樁以其安全性、對(duì)環(huán)境影響小、施工便捷等特點(diǎn)，得以在工程中大量應(yīng)用。靜壓樁在壓入和加載過(guò)程中，會(huì)對(duì)樁周土體的應(yīng)力、密度等產(chǎn)生影響。本文利用鑲嵌界面土壓力計(jì)的試驗(yàn)方法，結(jié)合半解析半數(shù)值法，通過(guò)考慮靜壓大變形、砂土狀態(tài)相關(guān)剪脹特性，建立數(shù)值模型，研究了砂土地基中管樁在靜壓和隨后的水平加載下樁體受力特性。主要研究?jī)?nèi)容和取得研究成果包括：
　　1.研制了靜壓模型樁豎向、水平自動(dòng)加載系統(tǒng)及落砂設(shè)備
　　研制和改進(jìn)了用于樁體靜壓和水平

2、加載的試驗(yàn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用PLC伺服電動(dòng)缸控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、穩(wěn)定和精確加載。通過(guò)加入水平加載隨動(dòng)裝置，實(shí)現(xiàn)以下加載模式：模擬靜壓樁在恒定豎向荷載和恒定加載速率的貫入；模擬樁體在壓入后施加不同加載方式的水平荷載；模擬貫入后對(duì)樁體施加豎向、水平向聯(lián)合荷載。研制了落砂裝置，該裝置能制備出均勻、重復(fù)性好、廣泛密實(shí)度的砂樣，基于該裝置通過(guò)試驗(yàn)得出了砂樣密實(shí)度與落距、開(kāi)口孔徑的相關(guān)性規(guī)律。
　　2.提出一種半解析半數(shù)值方法，用于模型試驗(yàn)靜壓樁的

3、受力變形分析
　　以B樣條函數(shù)假設(shè)樁周荷載分布規(guī)律，采用數(shù)值法求靈敏度矩陣，基于模型試驗(yàn)測(cè)出的各點(diǎn)應(yīng)變修正靈敏度矩陣，推導(dǎo)出樁周摩阻力和側(cè)壓力。通過(guò)試驗(yàn)和理論分析得出了靜壓過(guò)程中樁側(cè)壓力隨著靜壓貫入、卸載時(shí)樁側(cè)壓力的變化規(guī)律：貫入深度較大樁側(cè)為正摩阻力，貫入深度較小以及軸力卸載至一定值時(shí)樁側(cè)為負(fù)摩阻力，樁側(cè)摩阻力和側(cè)壓力成正比關(guān)系。
　　3.利用鑲嵌界面微型土壓力計(jì)模型樁研究靜壓、水平受荷樁的特性
　　研制鑲嵌界面微型

4、土壓力計(jì)的模型樁，在標(biāo)定槽內(nèi)模擬樁周復(fù)雜荷載狀態(tài)，提出加載、卸載和重新加載與輸出電信號(hào)之間的相關(guān)關(guān)系。樁體靜壓試驗(yàn)結(jié)果表明，樁端阻力占總阻力比例超過(guò)90％，隨著壓樁深度的增大樁端阻力占總阻力比例有下降趨勢(shì)；樁側(cè)壓力隨著貫入深度的增大呈非線性增大趨勢(shì)，同一深度樁側(cè)壓力隨貫入深度的增大而降低；水平荷載作用下，迎土側(cè)土壓力有峰值，隨著水平荷載的增大，峰值的深度逐漸增大；5.5D深度范圍內(nèi)，背土側(cè)土壓力極小，深度大于5.5D，背土側(cè)土壓力隨著深

5、度和荷載的增大而增大。
　　4.利用大變形理論、CEL顯式積分算法和狀態(tài)相關(guān)砂土本構(gòu)理論分析樁體靜壓和水平加載時(shí)的受荷變形特性
　　基于大變形理論，利用耦合歐拉-拉格朗日顯式積分算法，得出狀態(tài)相關(guān)砂土本構(gòu)模型的顯式積分表達(dá)式，并將其應(yīng)用于有限元程序ABAQUS中，提出樁體靜壓和水平受荷數(shù)值分析模型。數(shù)值模擬結(jié)果表明，靜壓貫入過(guò)程樁端處土壓力集中，塑性區(qū)范圍、豎向承載力均隨著樁徑的增大而增大；貫入初期，樁端上部為負(fù)摩阻力，貫入