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桩侧摩阻力特性的研究

宋兵

   桩基础作为一种重要的深基础形式,具有沉降量小和承载力高的优点,目前得到非常广泛的应用。桩体可视为埋入土中的柱形构件,在受力后会与土体之间产生相互作用,由于土体本身具有分层特点且不同土层的工程地质特性差别很大,造成桩与土之间的相互作用非常复杂。工程实践证明桩的侧摩阻力在不同工况下取值会有很大的差异,为能深入研究桩与土体之间的相互作用,把握侧摩阻力取值的规律,本文进行了以下几方面的研究。 (1)通过机理分析指出桩在使用中的侧摩阻力取值并不等于桩土界面处的摩擦力,将桩侧摩阻力的影响因素归纳为五方面:桩土界面强度(包括桩土界面的粘着力及摩擦力)、土体强度、土的受力变形特性(如砂土的剪胀剪缩特性)、桩土共同体的刚度、桩侧及桩端土体强度发挥不同步等。理论分析得出桩侧土压力的增大可提高桩土界面的强度及土体的抗剪强度,但对于不同性质的土层两者提高的幅度是不同的。砂质土层提高的幅度要高于粘性土层。实际桩侧摩阻力随深度呈抛物线分布,主要原因是桩侧土层摩阻力发挥不同步。 (2)根据桩侧摩阻力的特性选用有限元法作为分析手段。总结出利用有限元程序进行桩侧摩阻力研究的一般方法:计算初始土应力,建立桩土模型,将界面条件设为粘结进行试算,判断极限侧摩阻力时的破坏位置,若判断破坏发生在界面处,则可以实测侧摩阻力为拟合目标,通过假定界面参数反复迭代试算来确定界面的参数。通过对试验实例的分析验证了程序的准确性,分析了各参数对计算结果的影响。 (3)通过预应力管桩的静载试验及内力测试研究了预应力管桩在饱和粘性土及砂质土层中的摩擦粘着特性,发现在饱和粘性土中界面力以粘着力为主,在砂质土层中界面力以摩擦力为主。计算分析了桩侧土压力随土层深度的变化规律,通过对试验桩的有限元拟合分析得出了预应力管桩在淤泥层及细砂层中的计算参数取值。 (4)进行了管桩在砂质土层中基坑开挖前后抗拔极限承载力的对比试验,印证了桩侧土压力对桩侧摩阻力的影响。通过有限元分析研究了砂质土层中桩侧土压力的分布规律及桩在加载前后桩侧土压力的变化规律。 (5)进行了灌注桩在分层土体中的承载力试验及内力测试,研究了灌注桩在多种土层条件下的摩擦粘着特性。发现对于中等长度的混凝土灌注桩,其侧摩阻力主要由界面强度决定,界面参数与土的抗剪性能相对应。研究了各试验桩的桩侧土压力变化规律。通过对试验桩试验数据的有限元拟合分析得出了灌注桩在粘性土及砂土中的计算参数取值。 (6)进行了混凝土短桩的抗拔与抗压极限侧摩阻力试验,研究了混凝土与岩层的摩擦粘着特性,获得桩与岩层在抗压及抗拔情况下侧摩阻力取值及临界位移。通过有限元分析研究了桩岩之间界面力的构成,发现在桩表面粗糙的情况下,桩与岩层之间的机械咬合作用在界面力中占很大的比重。 (7)通过模型计算研究了桩端持力层岩土性状及桩受力方向对侧摩阻力的影响,桩端持力层岩土性状与桩受力方向(抗拔与抗压)不同引起侧摩阻力差异的原因在本质上是相同的,可归结为桩侧土压力的变化、由桩长引起的不同土层的侧摩阻力发挥不同步以及土层所受周围土层的限制作用不同三方面的原因。……   
[关键词]:桩侧摩阻力;有限元法;桩侧土压力;桩内力测试;桩静载试验;临界位移
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:华南理工大学2010年
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