软粘土地基水平受荷桩承载性能研究

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承受水平力的桩被称为水平受荷桩或抗水平力桩,在我国城市高层建筑、输电塔、隧道桥梁、港口等各种工程中有着广泛的应用。在软粘土地基中的水平受荷桩,受软粘土强度低、含水量高、压缩性高、灵敏度高等特性影响,其力学行为更为复杂、设计计算更具挑战。影响粘土中水平受荷桩承载性能的关键因素较多,包括桩的截面刚度与材料强度、桩侧土质条件、桩的入土深度、桩端约束条件等。本论文将主要探讨(1)桩的安装和固结效应对水平受荷桩承载性能的影响;(2)岩土体材料空间变异性对水平受荷桩承载性能的影响。目前关于水平受荷桩的研究大多不考虑桩的安装效应与固结效应,而挤土桩贯入软粘土中会产生超孔压,超孔压消散桩侧土体强度会有所增长,水平受荷桩的承载性能也会发生改变。其次现在大多数关于水平受荷桩的研究都在确定性土体中进行,而软粘土具有一定程度的空间变异性。针对以上问题本文分别采取多阶段欧拉-拉格朗日有限元方法(Multi-stage Eulerian–Lagrangia,简称MSEL)与随机有限元方法对水平受荷桩承载性能进行分析,主要研究内容如下:分析了水平受荷桩在预埋(即wish-in-place)状态下的桩-土变形机理机制,基于修正剑桥模型土体本构拟合了新形式的p-y曲线,并对公式进行了验证。针对安装与固结效应,采用修正剑桥模型本构进行模拟,使用MSEL方法模拟挤土桩贯入-固结-水平受荷全过程,与预埋状态下水平受荷桩承载性能进行对比。分析了安装与固结效应对桩-土变形机理机制的影响,并考虑安装与固结效应对p-y曲线进行修正,可以帮助预测土体完全固结后水平受荷桩的承载性能。针对岩土体材料空间变异性,对水平受荷桩在空间变异性土体中进行了随机有限元分析,分析了土体不排水抗剪强度空间变异性对水平受荷桩桩-土变形机理机制与承载性能的影响,并通过分析不同土体强度空间变异性参数组合下的水平承载力,构建了承载力失效概率与安全系数的函数关系,为水平受荷桩设计中安全系数的选取提供了参考。
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