竖向荷载及浸水作用对黄土桩基水平承载特性影响的试验研究

摘要

随着西部地区经济的高速发展，工程项目规模的不断扩大，桩基础在西部黄土地区的应用也日趋广泛。对于分析桩基的承载性能来说，采用试验的方法得到的数据较为准确可靠。其中，室内模型试验具有规模小、易操作、可做多种工况、周期短等优点。因此，本文通过室内模型试验探讨了黄土地区桩基础的承载特性。
　　现有的关于桩基的研究大都采取单一荷载的加载模式，而在实际工程中，桩基的受力往往比较复杂，不仅要承受上部结构传递下来的竖向荷载，而且还要承受由风、波浪等作用的水平荷载。基于上述情况，本文在归纳了国内外有关水平受荷桩的现有研究成果基础上，通过室内模型试验探讨了混凝土单桩同时承受竖向和水平荷载作用时，单桩水平承载特性的变化规律，并得到一些有价值的结论。现将论文主要内容和结论归纳如下:
　　(1)简要阐述了本文的研究背景以及国内外研究现状，从中发现了目前对于水平承载单桩的研究仍存在许多不足之处，从而明确了本文的研究目的和研究内容。
　　(2)自行改进设计了一套室内模型试验的加载装置，利用此装置可以对模型桩同时施加竖向荷载和水平荷载，以便达到试验要求。
　　(3)通过室内模型试验，研究了浸水与未浸水条件下纯水平受荷桩和不同竖向荷载作用下单桩的水平承载性能的变化规律，得知在一定竖向荷载作用范围内，预先施加的竖向荷载越大，桩基水平承载能力越高，并且浸水状态下桩基承载能力的提高幅度比未浸水条件下的小。当作用在桩顶的竖向荷载相同时，浸水状态下桩基的水平承载力比未浸水条件下的小。
　　(4)分析了浸水和未浸水条件下，桩顶有无竖向荷载作用下桩身位移、弯矩的分布规律。当浸水条件相同时，桩身位移曲线、弯矩曲线的分布规律大致相同，沿埋深基本呈递减趋势，且随着竖向荷载的增大，桩身位移、弯矩受到限制的程度越大。当浸水条件不同时通过对比分析发现:浸水条件下桩身下部发生反弯变形而未浸水时桩身下部几乎没有变形产生，在同一竖向荷载和水平荷载作用时浸水条件下桩身位移较未浸水的大;浸水条件下弯矩峰值位置比未浸水条件下的要深。
　　(5)分析了在浸水条件相同的情况下，在一定竖向荷载作用范围内，当桩顶竖向荷载越大，同一水平荷载作用下桩顶位移和桩头转角越小;当浸水条件不同时，桩基受到相同的竖向荷载和水平荷载作用时，浸水条件下桩顶位移和桩头转角较未浸水条件下的大。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 本文研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 现场试验

1．2．2 室内模型试验

1．2．3 数值模拟

1．3 本文主要研究内容

1．4 本文的创新点

2 单桩承载特性的理论分析

2．1．2 剪切位移法

2．1．3 弹性理论法

2．1．4 有限单元法

2．2 水平承载单桩桩身变形的理论计算方法

2．2．1 弹性理论法

2．2．2 地基反力法

2．2．3 数值分析法

2．3 本章小结

3 室内混凝土单桩模型的制备与试验设计

3．1 概述

3．2 模型试验原理

3．3 混凝土单桩模型试验目的

3．4 桩土模型试验内容

3．5 室内混凝土模型的制备

3．5．1 单桩模型制作

3．5．2 桩土模型制备

3．5．3 本文模型试验所用装置的介绍

3．6 试验方法

3．6．1 加载方法

3．6．2 浸水方法

3．7 混凝土单桩模型试验方案

3．7．1 试验的加载方案

3．7．2 模型试验各工况的实施过程

3．8 本章小结

4 黄土单桩水平承载力的模型试验分析

4．2．1 单桩竖向破坏模式简介

4．2．2 单桩竖向极限承载力的判定方法

4．2．3 单桩模型试验计算

4．2．4 模型试验结果分析

4．3 单桩水平承载力试验

4．3．1 水平荷载下单桩的变形与破坏特征

4．3．2 单桩水平临界荷载和极限承载力的判定方法

4．3．3 模型试验数据分析

4．4 组合荷载作用下单桩的水平临界荷载和极限荷载结果分析

4．4．1 未浸水条件下单桩的承载力变化

4．4．2 浸水条件下单桩承载力数据分析

4．5 组合荷载作用下桩顶水平荷载与竖向位移的关系

4．6 桩顶水平力与转角的关系曲线

4．7 本章小结

5 黄土单桩桩身水平位移和弯矩的试验分析

5．1 概述

5．2 桩身水平位移分析

5．2．1 桩身内力计算

5．2．2 未浸水时桩身水平位移试验分析

5．2．3 浸水时桩身水平位移试验分析

5．2．4 浸水状态下位移零点位置对比分析

5．2．5 浸水与未浸水条件下桩身水平位移对比分析

5．3 桩身弯矩分析

5．3．1 未浸水时桩身弯矩的分布规律

5．3．2 浸水时桩身弯矩的分布规律

5．3．3 浸水与未浸水条件下桩身弯矩对比分析

5．4 土体含水率

5．5 桩土体系的沉降

5．6 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果