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黄土地区桩基桩土共同作用性状仿真与试验研究
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李 晋1,2 |
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SIMULATION OF PILE-SOIL INTERACTION BEHAVIOR OF BRIDGE PILE IN LOESS AREA AND ITS TEST STUDY
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摘要 黄土的工程特性和地层分布具有其自身的特点,黄土地区桥梁桩基桩–土–承台共同工作的研究越来越受到工程界和学术界的关注。在总结国内外研究现状的基础上,通过现场测试和离心试验研究,利用数值仿真技术,结合理论推导,对黄土区桥梁桩基桩–土–承台共同作用进行系统分析: (1) 基于Visual Fortran平台,对大型通用有限元软件Marc进行二次开发,研发了更适用于分析桩基和岩土问题的系列用户子程序包,主要包括:模拟地基初始应力及其释放子程序、移动分布荷载子程序、参数随工况变化的非线性弹性本构关系子程序、接触面单元子程序和动态接触状态子程序等。 (2) 进行黄土地区桥梁桩基现场静载试验,试验中布设了百分表、弦式钢筋应力计和混凝土应变计等测试仪器,对各级荷载下的桩顶沉降、桩身轴力、桩端反力及桩侧摩阻力进行现场测试和分析;同时进行现场浸水试验,对黄土湿陷区干燥状态及浸水状态下单桩竖向承载特性变化情况进行研究,揭示地面浸水对黄土区域桥梁桩基承载力性状的影响:分析桩及桩周土浸水期间的沉降变化规律。 (3) 建立分析桥梁桩基单桩空间轴对称有限元模型;结合此模型提出计算自重湿陷性黄土地区合理桩长的方法——叠加法,得出当中性点上、下土层摩擦力分布形式相同时,应增加的桩长与摩擦力的分布形式无关,而只与极限摩擦力的大小有关的结论。运用此方法分析自重湿陷性黄土湿陷特性对桩基承载性状的影响规律,结果表明:在极限荷载时,中性点深度与桩长有关;湿陷系数对桩剩余承载力的影响是非线性的;定量给出中性点深度及应增加桩长的范围。基于剪切位移法并利用弹性理论,推导自重湿陷性黄土条件下桩基沉降、轴力及中性点计算公式,并与工程实测进行对比验证。 (4) 考虑桩周土体及桩–土接触的非线性,建立分析群桩的三维空间有限元计算模型,分析各种土体和桩体参数条件下群桩基础的承载性状及各参数对群桩效应的影响;对Vesic法进行改进,克服了原公式不能考虑群桩桩长的缺点;通过初应力释放子程序,模拟黄土的自重湿陷,并进一步分析负摩阻力条件下的群桩效应。 (5) 利用研发的子程序间相嵌套并结合Marc软件中的死活单元功能,解决了钻孔灌注桩整个连续施工及加载过程数值模拟几个关键问题,利用所建模型结合工程实例分析钻孔灌注桩的钻孔、泥浆护壁、混凝土灌注、混凝土凝固及加载全过程,并对施工过程中地基位移及应力变化规律进行分析。分析表明:孔位钻进及混凝土灌注过程中所产生的地基土应力释放和应力重分布现象,在数值模拟中不能忽略,未考虑施工过程计算的桩的承载力值比实测值偏大。 (6) 研制了在离心机运转过程中从事轴向加载的桩基离心试验设备,该设备由加载控制系统、带测试元件的模型桩及位移和应力量测系统等几部分组成,在离心机上进行了9组单桩和群桩的模型试验,研究不同地基条件下桥梁单、群桩的受力特性,着重分析黄土湿陷沉降条件下负摩阻力的群桩效应。
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关键词 :
基础工程,
湿陷性黄土,
桥梁桩基,
离心试验,
数值仿真,
Marc二次开发,
桩–土–承台共同作用,
负摩擦力
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收稿日期: 2007-07-14
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[1] |
张登飞1,2,陈存礼1,2,杨 炯1,王俊甫1,张文博1. 侧限条件下增湿时湿陷性黄土的变形及持水特性[J]. 岩石力学与工程学报, 2016, 35(3): 604-612. |
[2] |
刘 鹏1,2,3,4,杨光华3,4,范 泽5,刘惠康5,张玉成3,4. 刚性桩复合地基尺寸效应试验研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2016, 35(1): 187-200. |
[3] |
宇德忠1,程培峰1,季 成1,崔志刚2. 岛状多年冻土地区桥梁桩基回冻后承载力的静载与动测对比试验研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2015, 34(s1): 2845-2853. |
[4] |
吴九江1,程谦恭1,文 华2,曹建磊1,张建磊1. 格栅式地下连续墙竖向载荷模型试验研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2015, 34(12): 2580-2592. |
[5] |
马丽娜,严松宏,王起才,余云燕,张戎令. 客运专线无碴轨道泥岩地基原位浸水膨胀变形试验[J]. 岩石力学与工程学报, 2015, 34(08): 1684-1691. |
[6] |
周 峰1,屈 伟1,郭天祥2,林树枝1,3 . 基于沉降控制的端承型复合桩基工程实践[J]. 岩石力学与工程学报, 2015, 34(05): 1071-1079. |
[7] |
田树刚1,张爱军2,任文渊3,王 婷4. 基于流–固耦合的近海风电基础地震反应分析[J]. 岩石力学与工程学报, 2015, 34(01): 155-165. |
[8] |
周宗青1,李术才1,李利平1,2,石少帅1,王庆瀚1. 导洞超前开挖施工性态空间效应分析[J]. 岩石力学与工程学报, 2014, 33(sl): 2611-2619. |
[9] |
潘元炜1,刘耀儒1,张 泷1,杨 强1,徐建荣2,何明杰2,刘西军2. 白鹤滩拱坝基础垫座方案优化研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2014, 33(sl): 2641-2648. |
[10] |
谭慧明1,2,刘芝平3,丁选明4. 加筋褥垫层对PCC桩复合地基承载特性影响足尺试验研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2014, 33(12): 2531-2538. |
[11] |
杨校辉1,黄雪峰1,2,朱彦鹏1,姚志华2,张世径1. 大厚度自重湿陷性黄土地基处理深度和湿陷性评价试验研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2014, 33(05): 1063-1074. |
[12] |
刘鸿哲1,2,黄茂松1,2. 不同埋深矩形隧道地震响应的离心振动台试验[J]. 岩石力学与工程学报, 2013, 32(s2): 3404-3412. |
[13] |
钱建固1,2,王伟奇1,2. 刚性挡墙变位诱发墙后地表沉降的理论解析[J]. 岩石力学与工程学报, 2013, 32(s1): 2698-2703. |
[14] |
张清峰1,王东权2. 煤矸石地基在强夯冲击荷载作用下的物理模型试验研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2013, 32(5): 1049-1056. |
[15] |
孔君凤1,李银平1,杨春和1,2,尹栋梁3,井文君1,郑 郧1. 盐穴储气库群地表铁路路基变形及运输安全评价[J]. 岩石力学与工程学报, 2012, 31(9): 1776-1784. |
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