软土地区路堤堆载下桥台桩基侧向变形性状研究

摘要

近年来随着我国经济持续稳定的增长，高速公路建设也进入了一个前所未有的发展阶段。我国幅员辽阔、自然地理环境各不相同、土质各异，尤其在江河湖海周围广泛分布着软黏土。在这些地方建造公路和桥梁连接段时通常需将路基加高加宽，当路基下存在较大厚度的软土层时，随着时间的推移，路基下的软土层会产生不同程度的水平位移，轻者会使桥台桩基产生沉降和偏位，形成生活中常见的桥头跳车，重者会将桩体拉裂，桥面板脱离，酿成事故。通常将上述受土体水平位移影响的桩称为被动桩，被动桩的问题要比主动桩复杂得多，因此开展被动桩与周围土体相互作用方面的研究具有重要意义。
　　 论文首先介绍了被动桩与主动桩的区别，以加深对被动桩的认识。总结了堆载下被动桩的研究现状，包括：理论研究、试验研究和有限元数值模拟。
　　 其次，对基于土体位移法计算被动桩内力的几个关键问题进行了探讨：桩土相对位移、非线性荷载传递模型、地基反力模量以及堆载下土体的自由位移场。并且针对桩侧极限土压力进行了专门研究，总结了粘性土，砂性土中的单桩以及群桩的主动部分和被动部分的桩侧极限土压力。基于Guo(2001)桩顶自由的封闭解，利用宁波地区的两根试桩资料初步确定了适合宁波地区软土的主动部分桩侧极限土压力。采用ABAQUS有限元软件对被动部分桩侧极限土压力进行模拟。
　　 第三，在被动桩与土体相互作用的基础上，将桩体在滑动面处分成被动和主动两部分，桩和周围土体相互作用通过p—d曲线和p—y曲线来模拟，p—d、p—y曲线关系均采用理想弹塑性模型，用侧向位移影响系数矩阵和巴氏模型分别考虑被动部分和主动部分土弹簧之间的关联性，利用差分法得到土体滑动对邻近桩基影响的弹塑性解。同时在单桩分析的基础上，对带排架单排桩的弹塑性解进行了理论推导。
　　 最后，以温州某接线桥桥台桩基为背景，利用本文方法对侧移桥台桩基进行了分析。针对出现的问题，提出了相应的加固措施，采用静力加载试验对加固措施进行了试验验证，监测数据显示经过加固之后桥台桩基的水平位移得到了有效控制，说明加固是成功的。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：主要符号与说明

声明

致谢

第1章绪论

1.1引言

1.2被动桩的定义

1.3被动桩研究现状

1.3.1理论研究

1.3.2试验研究

1.3.3有限元方法

1.4存在的问题、主要研究内容及创新点

第2章软土地区堆载下基于桩周土体位移分析方法若干问题的探讨

2.1引言

2.2桩土相对位移的概念

2.3非线性荷载传递模型(p-y曲线、p-d曲线)

2.3.1 p-y曲线模型

2.3.2 p-d曲线模型

2.4被动桩的地基反力模量

2.4.1k值理论计算

2.4.2土体弹性模量的确定方法

2.5软土地区堆载下土体的自由位移场

2.5.1土体的位移模式

2.5.2现场实测

2.5.3经验公式

2.6本章小结

第3章堆载作用下邻近桩基桩侧极限土压力

3.1引言

3.2桩侧极限土压力

3.2.1主动部分

3.2.2被动部分

3.3本章小结

第4章堆载下滑动土体与邻近桩基相互作用的弹塑性解

4.1引言

4.2基于桩土相对位移的单桩有限差分解答

4.2.1控制方程

4.2.2桩体离散和土体反应

4.2.3单桩桩土相对位移的差分求解

4.2.4计算迭代步骤

4.3工程算例

4.4各种边界条件对桩影响

4.4.1桩顶约束条件的影响

4.4.2桩周土体弹性模量的影响(桩顶固定)

4.4.3桩周土体位移大小的影响(桩顶固定)

4.4.4桩周土体位移模式的影响(桩顶固定)

4.5本章小结

第5章堆载下滑动土体与邻近带排架排桩相互作用的弹塑性解

5.1引言

5.2带排架排桩的计算

5.2.1控制方程

5.2.2带排架排桩的差分计算方法

5.2.3桩同排架的相互作用

5.2.4边界条件

5.3计算步骤

5.4实例分析

5.4.1实例描述

5.4.2群桩效应系数的确定

5.5本章小结

第6章工程实例分析

6.1工程概况

6.2工程地质条件

6.3问题简化

6.3.1计算模型的简化

6.3.2土体的自由位移场

6.3.3土体地基反力模量

6.3.4桩侧极限土压力

6.3.5计算参数

6.4结果分析

6.5工程处理措施

6.6加固措施后静力加载试验结果

6.6.1测点及静载布置

6.6.2静力加载试验水平位移监测结果

6.7本章小结

第7章结论与展望

7.1本文主要结论

7.2进一步工作设想

参考文献

附录

作者简历