堆载作用下的单桩承载力特性研究

论文摘要

现在桩基础己经成为工程建设中应用最广泛的基础形式,桩基础在设计和施工中产生的负摩擦力也渐渐为人们所认识。国内外一些实测资料表明,桩基础在堆载作用下负摩擦力可能产生非常大的下拽荷载和沉降,其产生的不均匀沉降对基础危害最大。鉴于负摩擦力对桩基础应用过程中的重要影响,桩基础的负摩擦力己经成为基础工程界的一个技术热点。本文对确定单桩负摩擦阻力各种方法的优缺点进行了阐述,并对在设计阶段即考虑负摩擦阻力的必要性给予了论述。对单桩负摩擦阻力的产生原因、产生机理、建筑桩基规范中负摩擦阻力的确定方法、负摩擦阻力中性点位置的确定、以及对荷载传递基本微分方程的推导都进行了探讨。文中基于荷载传递函数的概念,提出了一种用双曲线模型来分析单桩荷载传递规律的方法。通过对大量单桩静载荷试验的反分析和统计研究,得到上海地区荷载传递函数参数的取值规律。研究发现,荷载传递函数参数符合正态分布,但其变异性比土的常规物理力学性质指标的变异性大,其中参数b的取值与桩侧极限摩阻力呈负相关。本文结合室内模型试验,通过不同的加载方式,研究有堆载与无堆载时单桩承载力特性的变化;并对试验数据进行反分析,得到了堆载作用下荷载传递函数参数取值的变化规律。反分析的结果表明,计算值与试验结果吻合得比较好,荷载传递法仍然适用于负摩擦桩。文章还通过现场原位测试,研究单桩受力变形规律及荷载传递特性;对比有堆载与无堆载的情况,分析负摩擦力对单桩承载力的影响。研究表明,堆载对于基桩会造成承载力下降、沉降增大等一系列不利影响,但其影响主要集中在浅层土体当中,对于深层土体影响不大,本次测试负摩阻力的影响深度为20m,中性点深度为9m。文中结合桩基荷载传递参数的统计规律,分析研究负摩擦桩荷载传递函数的各项参数取值,并与室内模型试验的结果进行对比,结果比较吻合。本文的研究结果,对于今后相关方面的研究具有一定的指导意义,并对类似工程的设计具有重要的参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 桩基负摩擦力问题研究背景
• 1.2 桩基负摩擦力问题研究现状
• 1.2.1 桩基负摩擦力相关术语定义
• 1.2.2 负摩擦力的发生条件
• 1.2.3 负摩擦力的形成机理
• 1.2.4 桩基负摩擦力问题试验研究
• 1.2.5 桩基负摩擦力理论研究现状
• 1.3 本文的研究目的和内容
• 2 竖向荷载下单桩的荷载传递函数及其参数研究
• 2.1 桩—土体系的荷载传递机理
• 2.1.1 单桩的荷载传递过程
• 2.1.2 荷载传递的分析方法
• 2.1.3 桩的荷载传递规律
• 2.2 由现场试验确定传递函数
• 2.2.1 静载加荷方式
• 2.2.2 传递函数的计算
• 2.2.3 试验代表性考虑
• 2.3 由土的物理力学性质估算传递函数
• 2.3.1 荷载传递函数的双曲线形式
• 2.3.2 双曲线模型参数研究
• 2.3.3 极限侧阻力和极限端阻力的确定
• 2.4 工程实例分析
• 2.4.1 由已有资料反算传递函数
• 2.4.2 反分析优化演算
• 2.4.3 实测荷载传递参数的统计分析
• 2.4.4 单个场地荷载传递参数的统计研究
• 2.5 本章小结
• 3 堆载作用下单桩承载特性的室内模型试验
• 3.1 单桩模型实验进展与现状
• 3.2 模型试验设计
• 3.2.1 模型制作
• 3.2.2 土样土工实验
• 3.3 试验过程
• 3.4 试验结果分析
• 3.4.1 桩垂直度的验证
• 3.4.2 p-s 曲线的分析
• 3.4.3 桩身轴力的分析
• 3.4.4 桩侧摩阻力分析
• 3.4.5 堆载过程分析
• 3.4.6 桩身压缩变形分析
• 3.4.7 试验理论反分析
• 3.5 本章小结
• 4 堆载作用下单桩承载特性的原位测试分析
• 4.1 原位测试的背景与目的
• 4.2 原位测试原理
• 4.3 单桩原位测试
• 4.3.1 试验内容
• 4.3.2 现场试验方案
• 4.3.3 测试内容
• 4.4 测试结果分析
• 4.4.1 p-s 曲线分析
• 4.4.2 桩身轴向力计算与分析
• 4.4.3 桩侧摩阻力计算与分析
• 4.4.4 堆载过程分析
• 4.4.5 结果反分析
• 4.5 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 进一步工作展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文