地下水作用下挤扩支盘桩应用于不同土体环境的有限元分析

摘要

挤扩支盘桩通过特殊的承力盘构造来增加其抗拔承载能力，并且挤扩支盘桩可以在多种土层中成桩，不受地下水位的限制，应用于地铁车站主体结构抗浮设计中可以有效提高其抗浮性能，但是由于缺乏明确的设计规范导致其在工程中的应用受到了较大的限制。目前国内外对挤扩支盘桩应用问题的研究较多，但是基本都没有考虑地下水的影响，考虑到实际工程应用中地下水的存在对土体环境的影响不可忽略，并且挤扩支盘桩是否能够在不同土质中完全发挥其抗拔性能也需要进行进一步的研究。
　　本文采用有限元模拟分析的方式对挤扩支盘桩的抗拔性能进行了深入的分析，主要研究内容为：通过分析挤扩支盘桩的优缺点以及作用机理，确定影响挤扩支盘桩抗拔性能的因素，对挤扩支盘桩承力盘的数量、直径、盘间距做出了科学合理的设定，并对挤扩支盘桩的适用土层做出了简单阐述；探究挤扩支盘桩应用于粉土、砂土、黏性土三种土质中的抗拔性能，通过设置水位线的高低，分析挤扩支盘桩的上拔量以及与土体之间的相对位移，并与普通混凝土灌注桩进行了对比；结合工程实例，对挤扩支盘桩在地铁车站主体结构受地下水影响最大区域的应用进行了有限元模拟，分析三桩布置形式下挤扩支盘桩的抗拔性能是否能够抵抗地下水浮力产生的荷载作用。
　　本文通过有限元模拟得到的主要结论为：挤扩支盘桩为多支点摩擦型桩，与土体之间的整体性要优于普通混凝土灌注桩；在粉土、砂土、黏性土环境中，荷载相同的前提下，高水位线情况下挤扩支盘桩的绝对位移及与土体间的相对位移大于低水位线情况下的桩体绝对位移及与土体间的相对位移，低水位线情况下挤扩支盘桩的绝对位移及与土体间的相对位移大于无地下水情况下的桩体绝对位移及与土体间的相对位移；地下水对挤扩支盘桩抗拔性能的发挥产生了消极的影响，在利用挤扩支盘桩作为抗浮措施的时候需要考虑该影响对其抗浮性能的削弱。

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摘 要

ABSTRACT

目 录

Contents

1 绪论

1.1 选题背景

1.2 抗浮问题的产生原因

1.3 地铁车站主体结构的抗浮技术

1.4 挤扩支盘桩的研究现状

1.5 本文研究目的及主要内容

2 挤扩支盘桩的适用性及其作用机理

2.1 挤扩支盘桩的优缺点及作用机理

2.1.1 挤扩支盘桩的优缺点

2.1.2 挤扩支盘桩的作用机理

2.2 挤扩支盘桩抗拔性能的影响因素

2.2.1 桩体本身构造的影响

2.2.2 外部环境因素的影响

2.3 挤扩支盘桩的破坏形式

2.4 挤扩支盘桩的抗拔承载力计算公式

2.5 本章小结

3 挤扩支盘桩的有限元模型建立

3.1 有限元软件简介

3.1.1 土体区域、点和线

3.1.2 自由点以及自由线段

3.1.3 网格生成

3.2 有限元模型的建立

3.2.2 本构模型和接触面单元的确定

3.2.3 计算参数以及主要变量的确定

3.2.4 网格划分

3.2.5边界条件

3.2.6设置地下水位线以及施加荷载

3.3本章小结

4 挤扩支盘桩应用于不同土体的抗浮性能有限元分析

4.1挤扩支盘桩应用于粉土环境的抗浮性能有限元分析

4.1.1高水位线情况下的有限元分析

4.1.2低水位线情况下的有限元分析

4.1.3无地下水土体环境中的有限元分析

4.2挤扩支盘桩应用于砂土环境的抗浮性能有限元分析

4.2.1高水位线情况下的有限元分析

4.2.2低水位线情况下的有限元分析

4.2.3无地下水土体环境中的有限元分析

4.3挤扩支盘桩应用于黏性土环境的抗浮性能有限元分析

4.3.1高水位线情况下的有限元分析

4.3.2低水位线情况下的有限元分析

4.3.3无地下水土体环境中的有限元分析

4.4本章小结

5 挤扩支盘桩应用于地铁车站主体结构的模拟分析

5.1 工程实例简介

5.1.1 工程概况

5.1.2 工程地质条件和水文地质条件

5.2 有限元计算结果分析

5.3本章小结

6 结论与展望

参考文献

攻读硕士期间主要成果

致 谢