路堤堆載作用下鄰近被動樁與路基疏樁抗側(cè)穩(wěn)定分析.pdf

1、在道路橋梁、港口碼頭等工程中基礎(chǔ)樁基有時不僅直接承擔(dān)作用于樁頂?shù)闹鲃雍奢d，還需承受土體因自重或外部荷載引起的側(cè)向位移的作用，尤其在軟土分布地區(qū)由堆填加載或開挖卸載等引起的土體側(cè)移作用尤為明顯，可能導(dǎo)致既有或擬建樁基的承載與變形特征發(fā)生改變，例如，原抗壓承載力與沉降控制的豎向抗壓樁，可能轉(zhuǎn)變?yōu)楸粍铀礁郊雍奢d控制的抗側(cè)穩(wěn)定問題。這種控制狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變的被動樁，相對阻滑或支護等被動樁更加復(fù)雜、且更容易被疏忽而引發(fā)工程事故或安全隱患。然而目前國

2、內(nèi)外對此類問題的分析多依賴于工程經(jīng)驗的估算，缺乏實用有效的分析方法。因此，有必要對此類被動樁性狀進行系統(tǒng)的研究。
　　論文以路堤堆載作用下鄰近樁基和基底疏樁地基為研究對象，針對不對稱邊載作用下被動樁基的被動受荷響應(yīng)，通過理論推導(dǎo)建立了路堤堆載作用下鄰近樁基力學(xué)響應(yīng)的簡化解析計算方法和半解析計算模型;采用現(xiàn)場試驗與數(shù)值分析的研究手段，揭示了疏樁路基的荷載傳遞機理和抗側(cè)穩(wěn)定機制，繼而通過理論推導(dǎo)建立了考慮路堤-疏樁-地基共同作用的豎向

3、荷載效應(yīng)分析模型，以及路基疏樁抗側(cè)失穩(wěn)分析的簡化實用計算方法;并對相關(guān)分析模型和計算方法進行了程序?qū)崿F(xiàn)和工程驗證。主要完成的工作包括以下幾個方面:
　　(1)基于土體位移與鄰近基樁的相互作用機理，推導(dǎo)了考慮樁頂軸向荷載作用影響的被動樁解析計算方法。根據(jù)現(xiàn)場實測資料分析了堆載作用下軟土地基側(cè)移或不穩(wěn)定土坡土體位移模式的特點，揭示了被動樁的受力變形機制;繼而基于地基反力法計算理論與Euler-Bernouli梁理論推導(dǎo)出樁身微分控制方

4、程，考慮到樁頂軸向荷載的影響，利用常系數(shù)地基模型和被動荷載分布（矩形、三角形和拋物線形）的簡化假定，推導(dǎo)了樁身受力響應(yīng)的解析解答。
　　(2)明確了路堤堆載作用下樁身被動荷載效應(yīng)，建立了鄰近路堤堆載既有樁基被動受荷響應(yīng)的半解析計算模型。利用Boussinesq理論解推導(dǎo)出路堤堆載作用下地基的附加側(cè)向荷載應(yīng)力，進而得到被動樁被動側(cè)土壓力計算式，通過對Tomio Ito局部塑形理論模型的改進，結(jié)合繞樁極限阻力模型給出了樁身被動荷載的確

5、定方法，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合三參數(shù)地基模型，考慮到地基非線性和樁身軸向力的影響，推導(dǎo)建立了路堤堆載作用下鄰近基樁的受力變形控制方程，通過樁身離散并假定每段樁單元上地基反力系數(shù)為常數(shù)，利用各樁段單元的解析解和矩陣系數(shù)傳遞的方法，求得了被動基樁各節(jié)點處的受力變形半解析解;將其進一步擴展，考慮到橫梁約束和樁間影響，給出了雙樁排架結(jié)構(gòu)的簡化計算分析模型。
　　(3)明確了疏樁路基基底樁土荷載分擔(dān)，為疏樁承載機理和抗側(cè)穩(wěn)定分析提供基礎(chǔ)。通過錫張

6、高速試驗段的現(xiàn)場試驗，對基底樁土應(yīng)力、變形特征等進行分析，揭示了疏樁路基的豎向荷載傳遞機理;并據(jù)此基于Marston埋管理論，結(jié)合單樁分析模型(Unit Cell)，根據(jù)界面彈塑性假定考慮了對模型中界面剪切強度的應(yīng)力水平修正，推導(dǎo)建立了路基荷載傳遞的分段平衡解析計算模型，繼而結(jié)合筋材拋物線撓曲函數(shù)膜理論，給出了考慮多層加筋“兜提”效應(yīng)的路基-加筋墊層雙層體系簡化分析方法。
　　(4)揭示了路基疏樁的穩(wěn)定機理，建立了路基疏樁抗側(cè)穩(wěn)定

7、的實用計算方法。通過數(shù)值模擬對疏樁路基結(jié)構(gòu)中不同位置處樁身的受力、變形特征進行分析，揭示了路肩范圍疏樁的豎向“減載”和邊坡范圍疏樁的側(cè)向“抗力”的穩(wěn)定機理;并據(jù)此基于基樁撓曲變形破壞分析模式，將路基疏樁的抗側(cè)穩(wěn)定問題簡化為坡腳處基樁的抗側(cè)受力與變形驗算，結(jié)合被動基樁半解析計算模型給出了路基疏樁抗側(cè)受力與變形的實用計算方法。
　　(5)對上述分析模型和計算方法進行了程序?qū)崿F(xiàn)和驗證，并將之應(yīng)用于工程實踐分析?；谏鲜瞿Ｐ秃徒獯?，分別編