基于管桩动力沉桩效应对饱和粉土特性的试验研究

摘要

随着高层、超高层建筑物、深水港口及大跨度桥梁等工程的发展，预应力管桩在工程中的应用范围越来越广，因此，对预应力管桩沉桩的质量要求将会更高。本文主要对预应力管桩沉桩过程中荷载传递方法及沉桩阻力进行分析，为确定沉桩的外在动力和选择振动锤奠定了基础。沉桩过程中，桩周围土体的性状受到循环振动荷载的作用将会发生变化。对于饱和粉土层，在循环振动荷载作用下土体的结构性能将被破坏，将会发生液化现象，使得桩更容易贯入土体中。在振动沉桩过程中，对粉土动强度进行研究是很有必要的。 经过对沉桩过程中相关理论分析的基础上，明确了沉桩过程中粉土动强度破坏标准以后，本文选取饱和粉土，进行动三轴试验，并对试验数据进行分析。研究分析不同干密度和不同固结比对饱和粉土动强度的影响。控制固结比不同，对不同干密度(1.40g/cm3和1.50g/cm3)的粉土，在不同围压（50kPa、100kPa和150kPa）下的动剪切应力与破坏振次的关系曲线进分析得到:在干密度相同和固结比相同的情况下，如破坏振次相同时，随着固结压力（围压）的增大，饱和粉土的动剪切应力也是增大的;或者说破坏时动剪切应力相同时，随着固结压力的增大，破坏所需的振动次数越多;在围压一定时，同一干密度的粉土破坏振次相同的情况下，动剪应力随着固结比的增大而增大，即在围压不变的情况下，粉土在振动循环荷载作用下发生破坏（液化）所需的剪切应力（动应力）随着固结比的增加逐渐提高，在相同的破坏振次下，固结比越大，破坏所需的剪切应力越大。同样可得:在相同的动应力水平下，固结比越大，破坏所需的振次越多。并对所得结论进行了理论上的分析说明。选择试验所得饱和粉土的参数，利用有限差分软件FLAC3D模拟沉桩过程中土体的变化。

目录

摘要

1 绪论

1．1 预应力混凝土管桩的概述

1．1．1 预应力管桩的优点

1．1．2 预应力管桩的缺点

1．1．3 预应力管桩使用上的局限性

1．2 国内外研究现状

1．2．1 管桩竖向承载力的研究

1．2．2 管桩土塞效应的研究

1．2．3 管桩挤土效应的研究

1．3 本文研究的主要目的和主要工作

1．3．1 研究的主要目的

1．3．2 研究的主要工作

2 沉桩荷载传递及沉桩阻力研究

2．1 沉桩荷载传递的方法

2．1．1 弹性理论法

2．1．2 荷载传递法

2．1．3 剪切变形传递法

2．1．4 数值分析法

2．2 动力沉桩阻力分析

2．2．1 桩侧摩阻力分析

2．2．2 桩端阻力分析

2．3 本章小结

3 土体力学及沉桩振动力研究

3．1 土体破坏过程

3．2 土的抗剪强度

3．3 土体振动液化机理

3．4 动力沉桩的机理

3．5 沉桩振动力的主要影响因素

3．6 振动锤的选择

3．6．1 振动锤选择应考虑的因素

3．6．2 振动锤选择应满足的条件

3．7 本章小结

4 饱和粉土的动强度试验

4．1 试验目的

4．2 试验设备和制样

4．2．1 试验设备

4．2．2 试验土样

4．3．试验方案

4．4．试验破坏标准

4．5 试验结果整理及分析

4．5．1 动强度计算

4．5．2 不同固结比下的动剪切应力与破坏振次的关系曲线

4．6 本章小结

5 管桩竖向振动荷载作用下沉桩分析

5．1 有限差分软件FLAC3D程序简介

5．2 FLAC3D中接触面的基本理论

5．3 桩土模型建立

5．4 选取材料参数

5．5 模拟计算过程

5．6 模拟结果及分析

5．7 本章小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

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