基于黃土非均勻濕陷變形的橋梁群樁基礎(chǔ)承載特性研究.pdf

1、由于濕陷性黃土特殊的結(jié)構(gòu)特性,使得黃土地區(qū)的非均勻濕陷性時常會對橋梁樁基等一系列工程造成威脅,甚至產(chǎn)生嚴(yán)重破壞,因此,如何確定非均勻濕陷黃土區(qū)樁基承載力和樁側(cè)負摩阻力大小是橋梁樁基設(shè)計中亟待解決的關(guān)鍵問題。本文依托山西河運高速大厚度黃土地區(qū)非均勻濕陷條件下的橋梁樁基項目,以研究非均勻濕陷條件下群樁受力特性和樁側(cè)負摩阻力工作機理為主線索,以確定浸水前后樁基承載力和建立非均勻變形下樁基負摩阻力模型為主要目標(biāo),論文在總結(jié)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上

2、,利用現(xiàn)場試驗、室內(nèi)模型試驗、理論方法和數(shù)值模擬,對非均勻濕陷黃土地區(qū)群樁基礎(chǔ)承載特性和負摩阻力受力特性進行了系統(tǒng)的研究,研究成果為填補黃土地區(qū)非均勻濕陷條件下橋梁群樁負摩阻力研究方面的空白提供了理論依據(jù)和參考。主要研究成果如下:
　　1.進行了現(xiàn)場樁基浸水載荷試驗,將樁基沉降、樁身軸力和側(cè)摩阻力進行了監(jiān)測和分析,對黃土天然狀態(tài)與浸水后的樁基受力特性進行對比研究,揭示了該地區(qū)黃土的非均勻濕陷特性,總結(jié)了地面浸水的時序問題對樁基受力

3、特性的影響,歸納了浸水期間和停水后黃土濕陷和時間的關(guān)系,分析了天然狀態(tài)、先浸水和后浸水三者樁基承載力的關(guān)系,并肯定了采用控制變量法樁基浸水試驗來研究濕陷性黃土地區(qū)樁基負摩阻力的可行性和有效性。
　　2.采用自行研發(fā)的一套室內(nèi)模型裝置,進行了土體非均勻變形條件下的單樁、群樁系列的模型試驗,對樁頂沉降、樁身軸力、樁側(cè)摩阻力、樁端阻力等一系列受力特性進行研究,探討了黃土非均勻變形條件下荷載傳遞的工作機理,首次研究了黃土非均勻變形對樁基承

4、載力的影響,分析了黃土非均勻變形條件下不同位置的基樁的受力特性,并進一步研究了不同樁端土、不同樁間距對群樁效應(yīng)的影響。
　　3.開展了樁-土界面摩擦性狀試驗,探求黃土增(減)濕對樁側(cè)摩阻力的影響,通過改變樁側(cè)土的含水率,研究了黃土增(減)濕對樁側(cè)剪應(yīng)力的變化規(guī)律,確定了最大剪應(yīng)力與相對位移的關(guān)系,提出了該類似地區(qū)橋梁樁基樁-土界面的剪力傳遞函數(shù)。
　　4.基于樁基負摩阻產(chǎn)生機理,結(jié)合負摩阻力的影響因素和現(xiàn)場樁側(cè)負摩阻力的受力

5、特性,確定了樁土相對位移的計算模型,推導(dǎo)了中性點和最大負摩阻力的位置,建立了“拋物線”式的單樁負摩阻力計算模型,并在單樁負摩阻力模型的基礎(chǔ)上提出了群樁負摩阻力的計算方法和群樁負摩阻力修正系數(shù),并將理論結(jié)果與現(xiàn)場工程實測數(shù)據(jù)進行對比驗證,進一步預(yù)估了不同樁數(shù)群樁的下拉荷載。
　　5.運用有限元ADINA軟件,基于黃土濕陷的機理,提出了用密模修正法模擬黃土濕陷變形的新方法,用圖形可視化和數(shù)據(jù)分析軟件對數(shù)據(jù)處理,驗證了密模修正法模擬自重

6、濕陷性黃土濕陷變形的可行性,并結(jié)合現(xiàn)場樁基浸水試驗,確定了該類似黃土地區(qū)的密模修正系數(shù),推導(dǎo)了黃土濕陷后土體任一深度的沉降關(guān)系式。
　　6.依托山西河運高速橋梁樁基項目,運用強大的有限元軟件對群樁載荷試驗和群樁浸水負摩阻力受力特性進行數(shù)值模擬,研究了群樁在豎向荷載作用下的承載力性狀、承臺性狀、樁-土位移、樁身軸力和基樁側(cè)摩阻力的變化規(guī)律,并運用密模修正法對黃土濕陷條件下的群樁負摩阻力進行研究,分析了不同位置的基樁的受力特性,結(jié)合理