开口管桩贯入特性大尺度模型试验与离散元模拟

摘要

开口管桩由于其承载力高、质量可靠、施工方便等优点得到越来越广泛的应用。土塞的生成使得开口管桩沉桩阻力不同于闭口管桩，不仅包括桩外侧摩阻力、桩端阻力，桩内侧摩阻力亦是其重要组成部分。本文通过大型室内模型试验研究双壁开口管桩沉桩过程中沉桩性状，分析开、闭口及不同桩靴对管桩沉桩性状的影响，并通过PFC数值模拟研究不同桩径对开口管桩沉桩性状的影响。本文主要研究结论如下：
　　（1）室内大尺度贯入试验研究表明，开口管桩沉桩过程中，桩内侧摩阻力、桩外侧摩阻力沿深度不均匀分布，深度越大桩内、外侧单位摩阻力越大；随着沉桩深度的增加，桩内、外侧单位摩阻力逐渐发挥作用；沉桩深度较大时，随着沉桩深度的增加，相同土层单位摩阻力出现“侧阻退化效应”。
　　（2）室内大尺度贯入试验研究表明，不同桩靴对管桩沉桩阻力各部分组成具有重要影响。开口内30度桩靴与其他开口桩靴相比，桩内侧单位摩阻力占总沉桩阻力的比例最大；开口外30度桩靴桩内侧单位摩阻力占总沉桩阻力的比例最小，桩外侧摩阻力具有相反的规律。
　　（3）室内大尺度贯入试验研究表明，沉桩过程中，内30度开口管桩土塞生成高度最大，外30度桩靴开口管桩土塞生成高度最小，这与对桩周土产生的影响相互对应。桩体沉桩过程中桩周土地表位移随着沉桩深度的增加快速衰减，管桩对桩周土的影响范围大约为5~7倍桩径。
　　（4）颗粒流数值模拟研究表明，沉桩深度越大，桩周土体水平向、竖向位移不断增加。沉桩结束后，紧邻桩体形成一个薄层剪切带，剪切带土样发生较大应变和向下位移。管桩对桩周土的影响范围大约为5~9倍桩径，此与室内模型试验结果较为相似。桩体直径越小土塞的闭塞效应越显著，形成的土塞高度越小。为更好研究土塞的闭塞效应，拟合了IFR与PLR线性方程。
　　（5）颗粒流数值模拟研究表明，桩体总的贯入阻力与桩径成正比，桩径越大桩体贯入总阻力越大，沉桩过程中桩外侧摩阻力随着沉桩深度的增加出现“侧阻退化效应”，并计算出桩外侧摩阻力与沉桩深度和桩径比值的幂函数方程。
　　（6）颗粒流数值模拟研究表明，桩体贯入过程中，桩端贯入到某一土层时土体径向应力达到峰值点，并随桩体的继续贯入而显著下降。

目录

声明

第1章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3课题的提出及意义

1.4本文的主要工作

第2章 大尺度模型试验设置

2.1简介

2.2 室内大尺度模型试验仪的研制

2.3 试验材料

2.4 双壁开口管桩模型试验的技术路线

2.5 试验数据处理

2.6 本章小结

第3章 模型管桩沉桩过程试验结果及分析

3.1桩身轴力分析

3.2内、外侧摩阻力变化规律

3.3沉桩阻力

3.4土塞高度的发展规律

3.5桩周土位移

3.6 本章小结

第4章 沉桩试验颗粒流模拟及参数分析

4.1 引言

4.2 颗粒流数值模拟的基本理论

4.3 颗粒流数值模型的建立

4.4 颗粒流数值模拟结果及分析

4.5 本章小结

第5章 结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研工作

致谢