陇东黄土塬区超长桩承载特性的分析研究.pdf
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1、第 卷 第 期陇 东 学 院 学 报.年 月 .文章编号:()收稿日期:基金项目:陇东学院青年科技创新项目()甘肃省高等学校创新基金项目()作者简介:李飞()男甘肃庆阳人讲师主要从事建筑工程及工程材料研究陇东黄土塬区超长桩承载特性的分析研究李 飞张兴元(陇东学院 土木工程学院甘肃 庆阳)摘 要:随着社会经济的高速发展我国中西部地区工程建设迎来了新的发展高潮大厚度湿陷性黄土地区超高层建筑和大型高速铁路桥梁不断涌现超长桩基础在陇东黄土塬地区被广泛应用 但陇东黄土塬被称为天下第一塬区域内黄土厚度达 以上由于黄土的工程性质本身具有特殊性从而使桩的承载性能也不相同 因此通过室内试验和数值模拟的方法对陇东
2、黄土塬区工程建设中经常使用的超长桩的承载性能进行了研究 研究结果表明:()随着地基土的深度不断增加超长摩擦桩的侧摩阻力会逐渐先增大后减小()相对短桩而言超长摩擦桩的压缩 沉降变形曲线没有明显的拐点为缓变型曲线()超长摩擦桩桩身压缩量在桩顶处最大沿桩身近似呈线性递减()随着荷载的增加超长摩擦桩的沉降逐渐变大关键词:陇东黄土塬超长桩承载特性中图分类号:文献标识码:():.:().().().().:黄土是第四纪以来在干燥的气候下所形成的一种具有大孔隙结构和柱状节理的黄色粉性土是一种地质历史时期特殊的沉积物质而我国中西部地区覆盖着世界上面积最广沉积厚度最大的风成黄土高原约占我国国土面积的/随着西部大
3、开发乡村振兴战略的深入推进和社会经济的高速发展西部地区的基础设施建设、资源开发利用等项目投入不断加大我国中西部地区工程建设迎来了新陇 东 学 院 学 报第 卷的发展高潮在大厚度湿陷性黄土地区超高层建筑和大型高速铁路桥梁等工程建设的勘察设计环节中将不可避免地遇到黄土湿陷性这一特殊的岩土工程问题 董志塬是我国乃至世界上黄土发育最完整、堆积厚度最大唯一正在堆积的黄土塬具有陇东粮仓的美称区域内分布有巨厚黄土随着陇东大厚度湿陷性黄土地区工程建设的快速发展超长桩基础在陇东大厚度湿陷性黄土地基中广泛应用 现阶段针对大厚度湿陷性黄土地基中超长桩承载性能的研究主要是以室内小尺寸模型试验和现场载荷板试验为主 刘鑫
4、通过室内缩尺试验模型研究分析了单桩在三种长径比条件下、四桩群桩 承台体系在三种桩间距条件下的竖向承载性能及沉降特性 李建东等采用研制的黄土相似材料填筑模型对超长单桩和群桩桩顶荷载作用下荷载沉降、桩身轴力、桩侧阻力、桩端土体塑性区发展变化规律进行了研究 刘博诗通过室内群桩的模型试验探讨了基桩侧阻力、负摩阻力和桩身轴力与群桩沉降变形的基本规律深入研究了长桩基础承受上部荷载时内力传递特性和沉降变形规律 王建军对湿陷性黄土地区超长灌注桩的施工技术进行了研究 张斌伟等根据 硬化理论自行设计了 本构模型通过数值软件模拟建立了黄土中桩基有限元模型并对强震状态下大厚度黄土中桩基础的动应力响应进行了分析吴奕喆
5、通过设计的室内小尺寸试验对大厚度黄土地区桩基础的承载特性进行了分析研究熊仲明等利用统一强度理论采用桩、大厚度湿陷性黄土以及上部结构共同作用的方法研究分析了桩、大厚度湿陷性黄土以及上部结构三者之间的接触压力 研究结果发现:在强震作用下桩和湿陷性黄土之间的接触压力是非线性的黄华南通过室内小尺寸模型试验、土工试验和数值模拟分析对桥梁结构中的桩基础性能进行了研究综上所述虽然国内外许多专家学者对黄土地区的桩基础进行了大量的研究也得出了许多有意义的研究成果 但陇东黄土塬被称为天下第一塬区域内黄土厚度达 以上由于黄土的工程性质本身具有特殊性从而桩的承载性能也不相同而目前对该地区桩的承载性能的研究还相对较少因
6、此本文通过室内试验和数值模拟的方法对陇东黄土塬地区大厚度湿陷性黄土场地中超长桩的承载性能进行分析研究 超长摩擦桩室内模型试验方案设计.室内模型试验箱设计根据相似原理本次超长桩承载性能的室内模型试验的试验箱由五块钢板焊接而成钢板的厚度为 试验箱其长、宽和高分别为、.为了防止试验箱侧鼓在试验箱周围.和.的高度处分别采用角钢设置了两道加劲肋如图 所示图 室内模型试验箱.室内模型试验桩设计本次室内试验的模型桩采用钢管进行试验桩的原型和模型对照如表 所示表 超长摩擦桩参数对照表桩长桩径原型()模型()原型()模型()本文中只以桩长为 桩径为 的桩进行说明.室内模型试验加载装置设计本次试验加载装置采用液压
7、式结构试验装置进行加载桩身轴力通过贴在钢管上的应变片通过应变仪采集桩轴侧摩阻力通过埋在土中的土压力盒进行采集试验装置如图 所示图 室内试验装置图.室内模型试验步骤室内模型试验在陇东学院土木工程学院结构实验室进行所需黄土参数均来自甘肃省庆阳市西峰区某工地其物理力学指标统计后见表 第 期李 飞等:陇东黄土塬区超长桩承载特性的分析研究表 黄土的物理指标参数含水率()比重()密度(/)液限()塑限()塑性指数()湿陷系数()干密度(/)内摩擦角()粘聚力()黄土.本次试验分为以下几步进行:配制试验黄土贴应变片埋设模型桩分层回填且每一层埋设土压力盒静载试验数据采集数据分析试验结束 超长摩擦桩数值模拟的模
8、型建立.数值模拟模型参数的定义和网格划分本次数值计算采用 数值模拟分析软件进行分析模拟超长桩桩径为桩长为桩的泊松比取.弹性模量取/黄土的重度./弹性模量为.土体厚度取本次采用 软件数值分析超长摩擦桩的计算模型选用各向同性的、均匀的、完全弹性的一维杆件模型采用摩尔 库伦准则作为 软件数值计算桩的本构模型选用各向同性的、均匀的、完全弹性的三维地基土实体模型作为 软件数值计算模型 桩体桩底与土的连接设置为固结 为了提高本次数值模拟计算的精度超长摩擦桩桩体和桩周土之间的网格划分进行了加密处理建立的 数值模拟几何模型如图 所示图 数值模拟几何模型图.数值模拟模型边界条件及荷载本次采用 软件数值分析假设作
9、为地基的土体为完全弹性的、无限延伸的半空间地基模型桩与土之间的位移边界为自动约束在超长摩擦桩模型周围的土体上面施加了水平荷载用来约束超长摩擦桩桩周的具体工况 桩承受的主要荷载包括上部结构传递到桩顶的荷载和桩自重根据工程实际上部结构传递在超长摩擦桩桩顶的荷载取 建立的荷载模型图如图 所示图 荷载模型图.土体本构模型本次采用 软件数值分析超长摩擦桩、桩周土之间的计算模型采用古德曼界面模型土体的应力应变模型采用库伦莫尔强度计算准则根据弹性理论中的物理方程可得:()()()()式中:泊松比剪切模量弹性模量用矩阵的形式将上述物理方程可以表示为:()其中:为弹性模量矩阵为应力矢量为应变矢量()陇 东 学
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