基于圆孔扩张理论的静压有孔管桩挤土效应分析

摘要

随着我国工程建设的快速发展，合理与有效地降低建设工程对周围居住环境的影响，特别是对密集城区和居民区的影响，已经成为一个非常值得探讨与研究的重要课题。由于管桩的质量好、价格低，同时无噪音、无振动、无冲击等许多优点，被广泛地应用于实际工程中。静压管桩属于典型的排土置换桩，其沉桩过程产生的挤土效应非常明显，对周围的相邻建筑物和构筑物等造成众多不利影响。为解决静压管桩沉桩过程挤土效应的不利影响，诸多学者提出了多种减轻静压沉桩效应的施工处理措施及改变管桩构造的方法。基于有孔管桩技术的初步设想，本文运用圆孔扩张理论与数值模拟的方法对静压有孔管桩的挤土效应，特别是超孔隙水压力的消散问题，进行了较为详尽的研究与探讨。通过对比分析静压无孔管桩和有孔管桩的挤土效应，揭示了有孔管桩技术能够有效的降低挤土效应的不利影响。本文主要研究工作及取得的成果有：
　　（1）系统地概括了静压管桩的发展和应用现状，分析了静压管桩施工引起的挤土效应对周围环境产生的不利影响。
　　（2）基于Tresca破坏准则和Mohr-Coulomb破坏准则的圆孔扩张理论下，推导出径向应力、环向应力和径向位移沿径向方向分布的理论表达式，进一步完善了静压无孔管桩的超孔隙水压力的一般理论解，明晰了超孔隙水压力与泊松比的影响关系。
　　（3）基于圆孔扩张理论，在静压无孔管桩的基础上，引入合理的参数，推导出静压有孔管桩的超孔隙水压力的一般理论解；同时基于极限平衡原理，得到了静压有孔管桩的最大超孔隙水压力的表达式。对比与分析出静压沉桩过程有孔管桩孔隙水压力的最大值小于无孔管桩超孔隙水压力的最大值，进一步证明了静压有孔管更有利于超孔隙水压力的消散，达到了有孔管桩能够一定程度降低超孔隙水压力的目的。
　　（4）采用有限差分法软件FLAC3D，对静压有孔管桩和无孔管桩扩张过程进行了三维动态数值模拟，探讨了静压有孔管桩和无孔管桩超孔隙水压力的分布规律，同时分析了有孔管桩技术降低最大超孔隙水压力的效果，进一步证明了有孔管桩技术能够降低最大超孔隙水压力，有效的减少管桩挤土效应的不利影响。

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第一章 绪 论

1.1 本课题研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 本论文研究的主要内容及研究思路

1.4 本章小结

第二章 基于圆孔扩张理论的静压无孔管桩挤土效应分析

2.1 前 言

2.2 圆孔扩张理论的基本假定和基本方程

2.3 圆孔扩张问题的弹性解

2.4 圆柱孔扩张的弹塑性解

2.5 静压无孔管桩超孔隙水压力的理论推导

2.6 本章小结

第三章 基于圆孔扩张理论的静压有孔管桩挤土效应分析

3.1 前 言

3.2 圆孔扩张理论的基本假定

3.3 静压有孔管桩超孔隙水压力理论推导

3.4 圆柱孔扩张问题塑性区最大半径R p的确定

3.5 静压有孔管桩超孔隙水压力的理论解

3.6 基于极限平衡理论的超孔隙水压力分析

3.7 本章小结

第四章 静压有孔与无孔管桩超孔隙水压力的理论对比分析

4.1 引 言

4.2 静压管桩的塑性区最大半径差值的影响因素分析

4.3 静压无孔管桩与有孔管桩超孔隙水压力对比分析

4.4 本章小结

第五章 静压有孔管桩数值模拟分析

5.1 引 言

5.2 计算模型

5.3 静压有孔管桩超孔隙水压力的结果分析

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 主要研究成果

6.2 进一步研究展望及建议

参考文献

攻读硕士学位期间主要研究成果

致谢

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