基于多功能CPTU的桩基水平承载特性与计算方法研究

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随着我国基础设施建设以及城市化进程极速加快,土木工程的安全性和耐久性面临重大考验。江苏省分布着大量的不良软弱土地基,其具有含水量大、孔隙比大、强度低、压缩性高等工程特性,需要进行地基处理才能满足工程建设的需要。桩基础由于其稳定性好,承载力高,沉降小且均匀的优点在地基处理方面的应用十分广泛。在许多工程中,桩基水平承载特性评价成为非常关键的问题及难题。桩基水平承载特性评价需要对桩侧土体强度、桩侧土水平抗力以及水平位移进行分析,过程非常复杂。软弱土难以取样,且易受扰动,因此室内试验难以获取土体原位状态下的物理力学指标。水平静载试验评价桩土相互作用虽然结果可靠但是费时费力,成本较高。多功能孔压静力触探技术(Piezocone Penetration Testing,CPTU)作为一种新型的原位测试技术,能够准确地获取土体原位工程参数,对桩基水平承载特性的评价具有明显的优势。本文采用东南大学引进的美国数字式多功能CPTU测试系统,以桩基工程建设为依托,通过理论分析、数值模拟以及现场试验相结合的手段,对桩基水平承载特性评价及计算方法进行了系统的研究。主要研究内容如下:(1)总结了国内外基于原位测试技术评价桩基水平承载特性的理论方法,重点分析了p-曲线法。利用CPTU对p-y曲线法所需的土体参数进行了评价,讨论了基于CPTU的两种类型的p-y曲线计算方法:Matlock型CPTU p-y曲线法和双曲线型CPTU p-y曲线法。两种方法分别适用于不同性质土层,前着适用于黏性土,后者适用于无黏性土。(2)通过有限元方法模拟了水平荷载作用下桩土相互作用机理,分析了水平荷载作用下桩身水平位移、桩身截面弯矩以及桩侧土抗力的分布情况,对比了理论计算与有限元分析的桩土作用结果。研究表明:两种模型对于不同的土类所预测结果的准确度不同。(3)通过现场水平静载试验,评价了桩身截面弯矩、桩侧土抗力、水平位移的分布情况以及桩基p-y曲线结果。结果表明:水平荷载作用下桩土相互作用主要发生在上部土层中,验证了 Matlock型CPTUp-y曲线法更适用于黏性土,砂性土中p-y曲线预测时双曲线型CPTUp-y曲线法表现更优。
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