串珠状岩溶区桥梁桩基沉降计算与稳定性分析

摘要

随着我国基础设施的不断发展，越来越多的工程建设不可避免地位于岩溶地区。尽管已有不少有关岩溶对桩基的影响以及溶洞自身稳定性等方面的研究，但已有研究成果多考虑单一溶洞的影响，鲜有探讨岩溶发育地区桩身穿越若干溶洞即串珠状溶洞时的承载特性。现行的相关桩基设计规范对此也未能提供有效的设计计算方法。因此，研究串珠状溶洞区桩基的承载变形特性、沉降计算和稳定性分析方法，对进一步完善桩基设计理论和指导岩溶区桩基设计，具有重要的理论与工程实际意义，本论文针对此问题开展了较为深入的研究，主要工作如下:
　　 首先，在分析串珠状溶洞区桩侧摩阻力、桩端阻力的特点及其对桩身竖向承载性状的影响基础上，根据岩溶区桩周地层的构成特点，探讨了桩端基岩体存在裂隙时的三种理想破坏模式（劈裂破坏、单轴压缩破坏和剪切破坏）和三种岩溶失稳机理（冲切破坏、剪切破坏和弯拉破坏）。
　　 然后，针对桩身穿过部分溶洞以及成层地基的特点，考虑溶洞充填物的影响，利用佐藤悟荷载传递模型及其导数不连续特性，分别导得桩周土处于弹性、部分塑性以及完全塑性三个阶段时的桩基沉降计算公式，并由此结合工程算例进行了对比分析，验证了该计算方法的合理性。
　　 最后，基于FLAC3D有限差分计算程序，建立出单桩穿越多个溶洞时简化的三维数值分析模型，并通过改变参数进行对比分析，获得了桩基所穿过的溶洞的数量、溶洞高度、溶洞半径以及溶洞间竖向相对距离等相关因素对桩身沉降的影响规律，可供工程实践参考。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 岩溶概述

1．2 岩溶地区工程建设面临的地质问题

1．3 岩溶地区桩基础研究现状

1．3．1 岩溶地区桩基承载特性研究现状

1．3．2 岩溶地区溶洞顶板稳定性研究现状

1．3．3 岩溶地区桩基性能的试验及数值模拟研究现状

1．4 本文的主要研究内容

第2章 单桩沉降计算的常用方法

2．1 概述

2．2 经验法

2．3 分层总和法

2．3．1 分层总和法计算公式

2．3．2 分层总和法的局限

2．3．3 分层总和法的应用及研究进展

2．4 弹性理论法

2．4．1 摩擦桩的分析原理

2．4．2 弹性理论法的局限

2．4．3 弹性理论法的应用及研究进展

2．5 荷载传递法

2．5．1 解析法

2．5．2 位移协调法

2．5．3 荷载传递法的局限

2．5．4 荷载传递法应用及研究进展

2．6 小结

第3章 串珠状岩溶区桩基承载特性分析

3．1 嵌岩桩竖向承载机理

3．1．1 桩侧摩阻力及其影响因素

3．1．2 桩端阻力及其影响因素

3．1．3 桩侧摩阻力及桩端阻力联合作用机理

3．2 岩溶桩基竖向承载机理

3．2．1 岩溶桩基地层的构成特点

3．2．2 桩端岩体存在裂隙时的破坏模式

3．2．3 岩溶发育地区嵌岩桩承载特性

3．2．4 目前主要的岩溶失稳机理观点

3．3 小结

第4章 基于荷载传递法的串珠状岩溶区桩基沉降计算

4．1 桩土体系的荷载传递机理

4．1．1 单桩的荷载传递过程

4．1．2 桩的荷载传递规律

4．1．3 荷载传递分析方法

4．2 串珠状岩溶区桩基沉降计算分析

4．2．1 基本假定以及基本方程的求解

4．2．2 桩周土处于不同情况下的解答过程

4．2．3 荷载传递简化计算方法

4．3 算例分析

4．4 小结

第5章 串珠状岩溶区桩基沉降数值分析

5．1 引言

5．2 常用的数值分析方法简介

5．2．1 有限差分法

5．2．2 有限元法

5．2．3 拉格朗日元法

5．3 三维拉格朗日法的基本原理

5．3．1 数值求解规则

5．3．2 三维快速拉格朗日法的网格离散

5．4 FLAC软件简介

5．4．1 FALC3D软件的简介

5．4．2 FALC3D求解过程

5．5 用FLAC3D分析串珠状岩溶区单桩沉降性状

5．5．1 计算模型以及参数选取

5．5．2 荷载-沉降性状分析

5．5．3 FLAC3D与理论计算结果及实测对比

5．6 小结

结论与展望

参考文献

致谢

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