软土地基超长桩荷载传递及负摩阻力研究

摘要

随着经济的发展及高层、超高层建筑和大跨桥梁的兴建，超长桩(桩长L大于50m或长径比L/D大于50的桩)因其具有较高承载力，在深厚软土地区(如沿海地区)得到大量应用。然而超长桩理论却远落后于实践，其设计计算仍按普通桩的理论。由于超长桩的荷载传递机理和变形特征与普通桩存在着明显的差异，因此用普通桩计算理论来分析超长桩是不合适的。正是由于超长桩的承载力很高，因而对超长桩的现场试验研究受到诸多限制，使得试验成果和经验资料相对较少，理论研究也就相对滞后。现行规范的设计方法不能充分反映超长桩的承载变形机理，理论与实际之间存在着矛盾，因此，开展超长桩荷载传递研究不仅是桩基理论自身发展的需要，更是工程界的迫切要求。 针对以上存在的问题，本文主要就以下几方面开展研究： 1、根据超长桩桩侧阻三阶段工作的特点，在工程实测资料基础上，建立了吻合超长桩侧阻工作性状的三阶段荷载传递模型，以三折线模型模拟桩端沉渣的影响，建立控制微分方程，导得了土体处于弹性状态时的幂级数解答，和桩侧土体处于各种不同状态时荷载传递关系的半解析半数值解答。并建立了一套完整的确定层状地基中超长单桩轴向荷载传递关系的分析计算过程与半解析半数值算式。 2、以荷载传递法为基础，建立广义双曲荷载传递模型以反映超长桩与土体界面应力-位移关系，桩端采用双曲线荷载传递模型模拟土的非线性变形特性，提出考虑桩端沉渣影响的计算方法，并引入混凝土的Rusch模型来考虑高荷载水平作用下超长桩桩身混凝土的弹塑性性状，从而建立了与超长桩工作性状相适应的层状地基中超长桩荷载传递分析方法。该方法可用于计算多层地基中超长桩的沉降和极限承载力，亦可用于分析层状地基中超长桩的荷载传递规律。 3、对软土地区桩基负摩阻力进行了研究。从桩-土共同作用的机理出发，将有桩顶荷载与周围土体在超载共同作用下桩分解为两种情况的迭加：第一种情况是只有桩顶荷载作用，第二种情况是只有桩周土体受超载作用。第一种情况下，通过引用其他学者基于剪切位移法的单桩解答，运用传递矩阵法，推导了多层软土地基荷载矩阵形式的解析解；第二种情况下，利用太沙基固结理论，导出了考虑桩周土体在超载作用下产生固结而引起负摩阻力情况下单桩微分方程，运用有限差分法，推导得到了多层软土地基中的荷载传递数值解。这种分析方法在分析桩项作用荷载时，考虑了土体的固结沉降，因此可以预测桩身轴力、沉降和侧摩阻力的变化规律。对软土地基中承受较大负摩阻力的桩基的工程设计提供参考。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1概述

1.1.1问题的提出

1.1.2超长桩的定义

1.2超长桩研究现状

1.2.1桩土相互作用研究

1.2.2综合研究现状及存在问题

1.3本文的主要研究内容

第二章竖向荷载下超长桩静载荷试验

2.1引言

2.2工程概况

2.3试验结果及分析

2.3.1荷载-沉降曲线分析

2.3.2桩身压缩量曲线分析

2.3.3桩身轴力及侧摩阻力分析

2.4本章小结

第三章超长桩荷载传递分析的半解析半数值方法

3.1引言

3.2单桩荷载传递方法理论分析

3.3超长桩荷载-沉降关系半解析半数值解

3.3.1基本假定

3.3.2方程的建立

3.3.3半解析半数值解的推导及讨论

3.3.4多层地基中的推广

3.4工程实例计算及验证

3.5本章小结

第四章 多层软土地基中超长桩荷载传递计算的解析-迭代法

4.1引言

4.2考虑桩身混凝土弹塑性荷载传递微分方程

4.2.1桩身混凝土的弹塑性本构模型

4.2.2荷载传递微分方程的建立

4.3超长桩荷载传递模型的建立

4.3.1考虑侧阻力软化的桩侧荷载传递模型

4.3.2桩端荷载传递模型

4.3.3考虑桩端沉渣的影响

4.3.4参数的确定

4.4桩侧摩阻力引起的桩端土体沉降

4.5超长桩荷载-沉降关系计算方法

4.6工程实例计算及验证

4.7本章小结

第五章软土地基桩基负摩阻力的机理及计算研究

5.1引言

5.2负摩阻力机理分析

5.2.1负摩阻力产生的条件及影响因素

5.2.2负摩阻力的分布

5.2.3中性点及其位置的确定

5.3负摩阻力的计算方法

5.3.1负摩阻力的传统计算方法

5.3.2现有桩基负摩阻力计算存在的主要问题

5.4负摩阻力作用下的桩基荷载传递分析

5.4.1桩顶荷载作用下桩基荷载传递解答

5.4.2桩周土体受超载作用桩基荷载传递微分方程

5.4.3有限差分原理

5.4.4微分方程的离散与求解

5.4.5共同作用下单桩的荷载传递解答

5.5实例计算分析

5.6本章小结

第六章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文

作者在攻读硕士学位期间参加的项目

致谢