嵌岩桩竖向承载性状及沉降研究

摘要

嵌岩桩是桩端牢固地嵌入岩石中的一种新桩型，它是在端承桩的基础上发展起来的，但与端承桩的承载性状又有着本质上的区别。嵌岩桩由于其嵌岩段与岩体形成了共同作用的整体结构，不仅改变了端承桩的受力机制，还大幅度地提高了桩体的承载力。经研究发现，嵌岩桩的承载力是由桩土侧摩阻力、桩岩侧摩阻力及桩端阻力三部分组成的，应充分考虑桩土侧摩阻力的作用，当上覆土层强度较高且厚时能有效提高嵌岩桩的承载力。嵌岩桩的优点主要有承载力高、单桩沉降量小，无群桩效应、能充分发挥桩身强度、抗震性能好及施工周期短，不受气候影响等，因而在实际工程中得到了越来越广泛地应用。
　　首先，本文参考了国内外关于嵌岩桩承载机理等方面的资料，据此统计得出一些关于嵌岩桩在工程中所反映的一些规律性的东西；其次，从嵌岩桩荷载传递性能出发，讨论了嵌岩桩与非嵌岩桩的相同点和不同点及其各自的荷载传递特性。详细分析了桩土侧阻力、桩岩侧阻力及桩端阻力的微观工作机理及其主要的影响因素；最后，通过采用双曲线荷载传递函数模型建立了竖向荷载作用下的三维嵌岩桩有限元模型，对嵌岩桩的荷载传递过程进行了模拟，分析了不同荷载作用下桩身轴力及桩侧阻力沿深度的分布状况；通过采用接触单元建立了水平荷载作用下的三维嵌岩桩有限元模型，分析了桩径、嵌岩深度、桩身强度等因素对嵌岩桩竖向及水平承载性状的影响，并得出了一些结论。本文通过对嵌岩桩的研究，为今后嵌岩桩的设计与施工提供指导。

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文摘

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 嵌岩桩概述

1.2.1 嵌岩桩的定义

1.2.2 嵌岩桩的分类

1.3 嵌岩桩与非嵌岩桩的对比

1.3.1 嵌岩桩与非嵌岩桩的相同点

1.3.2 嵌岩桩与非嵌岩桩的本质区别

1.4 国内外对嵌岩桩的研究现状

1.5 本文的主要研究内容

第二章 嵌岩桩承载性状分析

2.1 概述

2.2 嵌岩桩及非嵌岩桩荷载传递机理

2.2.1 非嵌岩桩的荷载传递机理

2.2.2 嵌岩桩荷载传递机理

2.3 嵌岩桩侧摩阻力分析

2.3.1 桩-土侧摩阻力分析

2.3.2 桩-岩侧摩阻力分析

2.3.3 影响桩侧阻力发挥的因素

2.4 嵌岩桩桩端阻力传递作用机理及其影响因素

2.4.1 嵌岩桩桩端阻力传递机理

2.4.2 嵌岩桩桩端阻力的特性

2.4.3 影响桩端阻力发挥的因素

2.5 嵌岩桩嵌岩段剪应力的分布模式

2.6 嵌岩桩荷载-沉降特性

2.7 本章小结

第三章 嵌岩桩桩-土-岩共同作用的非线性计算

3.1 概述

3.2 荷载传递法

3.2.1 荷载传递法的基本原理

3.2.2 荷载传递法本构关系的建立

3.2.3 荷载传递函数的形式

3.2.4 双曲线回归实测τ～s曲线

3.3 嵌岩桩荷载传递函数形式及参数的确定

3.3.1 桩土侧界面荷载传递参数a和b的确定

3.3.2 桩岩侧界面荷载传递参数a和b的确定

3.3.3 桩岩底界面荷载传递参数a和b的确定

3.3.4 桩端沉渣层的荷载传递参数a和b的确定

3.4 本章小结

第四章 嵌岩桩在竖向荷载作用下的有限元数值模拟原理

4.1 概述

4.2 有限元基本原理及其求解步骤

4.2.1 有限元基本原理

4.2.2 有限元分析基本步骤

4.3 ANSYS程序简介

4.4 桩身材料、土层及岩层本构模型

4.4.1 桩身材料的本构模型

4.4.2 土层及岩层材料的本构模型

4.5 桩-土-岩接触面模型

4.6 初始应力场的实现

4.7 本章小结

第五章 嵌岩桩承载性状的有限元分析

5.1 嵌岩桩在竖向荷载作用下的有限元分析

5.1.1 计算参数的选取

5.1.2 模型的建立及网格划分

5.1.3 边界条件及计算区域

5.1.4 计算结果分析

5.1.5 各因素对嵌岩桩竖向承载性状的影响

5.2 嵌岩桩在水平荷载作用下的有限元分析

5.2.1 模型的建立及网格划分

5.2.2 桩土(岩)体材料及接触面模型

5.2.3 边界条件及计算区域

5.2.4 计算结果分析

5.2.5 各因素对水平荷载作用下嵌岩桩承载性状的影响

5.3 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 本文主要研究工作和结论

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文