库区深填斜坡桩基承载特性及稳控技术研究

摘要

港口码头、公路大桥等工程建设中越来越多地遇到复杂地形地质环境，部分港口码头、桥梁桩基必须在深填斜坡中建设和工作。由于桩侧回填土厚，且为斜坡地基，桩基在横向力作用下受力变形规律更为复杂。本文结合四川省交通运输厅航务管理局科技项目“库水作用下深填斜坡中码头桩基承载特性及稳控关键技术研究”，采用数值模拟方法并结合已有试验数据，分析研究深填斜坡中不同回填土体及桩体物理力学参数对桩基变形规律的影响，提出深填斜坡中桩基稳控技术。总体来看，本文主要研究成果如下:
　　(1)回填斜坡中桩基受力变形有限元分析方法研究。利用ANSYS有限元软件对桩基在静力荷载作用下的受力变形进行分析，采用实体单元建模并进行高精度的六面体网格划分，克服了杆单元模拟桩基受力时不能准确模拟桩土相互作用的弊端;将有限元计算结果与已有的试验数据对比，验证了计算回填斜坡中桩基变形时所采用的有限元方法的正确性。
　　(2)深填斜坡中单桩受力变形规律研究。通过建立不同工况下的有限元模型，对桩基变形及受力进行分析，研究了填土厚度、桩径、回填土内摩擦角与桩身变形之间的关系，得到了深填斜坡中桩基受力变形规律:回填斜坡中桩径一定时，随着填土厚度的增大，桩身变形由线弹性逐渐变为弹塑性扰曲变形;分析了深填斜坡中桩基变形的主要影响因素，为深填斜坡中桩基稳控技术提出奠定了基础。
　　(3)深填斜坡中双排桩结构稳控技术研究。根据深填斜坡中桩身发生挠曲变形的特点，提出了h型、门型两种双排桩结构稳控技术方案，利用双排桩结构的稳定性减小桩身变形。为优化双排桩设计，采用有限元方法建立不同支撑高度的数值计算模型并求解。结果表明:深填斜坡中h型结构能够有效减小桩顶位移，使桩身变形满足稳控技术指标;门型结构对控制桩顶位移效果不明显。
　　(4)深填斜坡中锚拉结构稳控技术研究。针对h型结构稳控方案在控制桩身最大位移方面的缺陷和不足，提出锚拉结构稳控技术方案，建立不同锚拉高度的有限元模型，将锚拉结构的计算结果与h型结构进行对比表明:锚拉结构能够有效减小桩顶位移及桩身最大位移，使桩身最大位移减小40％～55％，同等支撑高度下采用锚拉结构时桩身最大水平位移仅为h型结构的45％～60％。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状及存在的问题

1．2．1 回填斜坡中桩基变形理论研究

1．2．2 深填斜坡中桩基稳控技术研究

1．2．3 目前研究中存在的问题

1．3 本文的主要研究内容及技术路线

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 主要技术路线

第二章 回填斜坡中单桩受力变形的有限元分析

2．1 有限元法基本理论

2．1．1 有限单元法的实施步骤

2．1．2 位移模式与单元类型

2．1．3 弹性力学基本方程

2．1．4 应变和应力之间的弹性方程

2．2 本构模型与屈服准则的选取

2．2．1 土的弹塑性模型

2．2．2 桩的线弹性模型

2．2．3 钢筋混凝土等效模量

2．3 ANSYS有限元模型建立与验证

2．3．1 模型试验研究

2．3．2 ANSYS模型验证

2．4 本章小结

第三章 深填斜坡中桩基受力变形规律

3．1 基本计算模型

3．2 填土厚度的影响

3．3 回填土内摩擦角的影响

3．4 截面尺寸的影响

3．5 本章小结

第四章 深填斜坡中双排桩结构稳控技术研究

4．1 引言

4．2 双排桩稳控结构

4．2．1 副桩位于上部的h型结构

4．2．2 副桩位于下部的h型结构

4．2．3 门架式结构

4．3 副桩位于上部的h型结构

4．3．1 模型参数设置

4．3．2 建立有限元模型

4．3．3 不同支撑高度时模型整体变形分析

4．3．4 h型支撑结构变形分析

4．3．5 不同支撑高度对桩基内力的影响

4．3．6 不同支撑高度对桩基应力的影响

4．4 副桩位于下部的h型稳控方案

4．4．1 下部支撑时模型整体变形分析

4．4．2 不同支撑高度对桩基内力的影响

4．4．3 不部支撑高度对桩基应力的影响

4．5 门架式稳控方案

4．6 不同支撑方式桩基变形对比

4．7 本章小结

5．1 引言

5．2 建立有限元模型

5．3 不同锚拉高度时桩基变形规律分析

5．4 不同锚拉高度时桩基应力分布

5．5 锚拉结构与h型结构对比分析

5．5．1 变形分析

5．5．2 受力分析

5．6 本章小结

6．1 主要结论与成果

6．2 后续研究展望

致谢

参考文献

在校期间发表的论著及取得的科研成果