冻土地区单桩基础的荷载传递函数与极限承载力的研究

摘要

首先本论文介绍了目前有关国内外研究冻土的最新动态和研究成果,为本论文将要研究的内容做出铺垫。其次介绍了目前国内外对非冻土桩基的荷载传递函数和极限承载力研究的情况和进展,将冻土桩基础和非冻土桩基两者之差异做出比较,得出冻土桩基的特殊性。由于本论文的是以数值模拟和室内模拟实验为基础的,加上桩一冻土体系的复杂性,所以忽略了冻土桩基中一些难易定量把握或者非决定性的因素,因此所得结果的适用性有其局限性,但是不失为一次有着积极意义的尝试。
　　 事实上,目前工程界和科学界对非冻土一桩基础在荷载作用下的荷载传递函数进行了大量的卓有成效的研究,并且提出了很多理论和假设。这些假设基本上在工程实践中都直接或者间接的得到了验证,证明了其合理性。但是由于不同土体问的物理性质和力学性质的巨大差别使得这些理论和假设的广泛应用受到了巨大的限制。目前人们尚未提出一种普遍适用的荷载传递函数,而且同一理论的荷载传递函数中某一参数在不同的工况下的取值也是不同的。因此对于冻土-桩基而言,要想求得一普遍适用的荷载传递函数也是困难的。由于冻土是由气体、液体、固体和理想塑性的冰包裹体组成的复杂多相体。多相性决定了冻土研究的复杂性,长期性和不易确定性。对冻土的物理性质和状态要进行评定必须综合考虑以上四个指标。在实际工程中,尤其是季节性冻土中,桩-冻土体系受自然因素影响很大各个因素的相互耦合成为制约相关研究的主要原因。
　　 本论文根据模型桩试验数据分析的结果,提出了一种适用于寒区的桩土体系的荷载传递函数。以本文提出的荷载传递函数为出发点,对竖向荷载作用下,单桩的承载力理论、承载力的确定方法进行了一些归纳和总结,并引入广义剪切位移法推求了单桩极限承载力计算的解析解。
　　 最后本论文对桩-冻土体系的流变现象进行了论述并将试验结果与数值模拟进行了对比和分析。
　　 论述了桩-冻土体系中桩体、土体和接触面本构行为的数值模拟方法、利ANSYS进行分析的过程和方法;并建立了桩与冻土相互作用的力学模型。在数值模拟结果后处理部分,有效地分析了桩-土体系的荷载传递过程;利用等值线、应力与应变路径手段,比较全面地分析了寒区的桩基础在竖向外荷载的作用下桩-土体系的应力和应变状态,有限元结果和试验结果吻合的较好,从而验证了所建立的有限元模型的正确性。