水平受荷斜—直群桩基础工作特性研究

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斜桩是指桩身有一定倾斜角度的桩基,常用于抵抗较大水平荷载。目前,群桩中斜桩布置形式、桩身倾角等与承载力之间的定量关系未形成统一认知,其受力特性需进一步研究与探讨。本文在国内外学者关于斜桩研究成果的基础上,采用模型试验与数值模拟结合的方法分析斜-直组合群桩水平承载工作特性,主要研究内容及结果如下:(1)开展了不同倾向、斜度的斜单桩水平静载模型试验,分析了承台水平位移、桩身内力、桩侧土压力变化情况,结果表明:正斜桩、竖直桩、负斜桩水平承载性能递减;桩身斜度越大,正斜桩承载力越大,负斜桩则越小。随荷载增加,负斜桩最大弯矩及最大负剪力位置比正斜桩深,其桩前浅层土体在正斜桩之前达到极限抗力而破坏,塑性区提前向深层扩展。(2)开展了斜-直群桩水平静载模型试验,研究设置不同倾向与斜度的斜桩、预先施加竖向荷载、竖向荷载恒定下增加长径比对其水平承载特性的影响,结果表明:同一加载条件下,斜-直群桩水平承载性能优于竖直群桩,且斜度越大,同一组合形式的群桩承载力越大。仅水平受荷时,正斜群桩承载力大于同一斜度负斜群桩;而竖向荷载降低了正斜群桩水平承载力,提高了负斜群桩水平承载力,且斜度越大变化越明显。适当增加长径比减小了桩身弯矩、剪力及桩前土压力,提高了群桩工作性能。(3)结合某现场试验参数,利用ABAQUS有限元软件对水平受荷斜单桩及斜-直群桩进行模拟,分析了不同模拟工况桩土位移及土体塑性变形,较好的验证了本文模型试验相关规律。(4)单桩模拟结果表明:水平力下正斜桩对桩前土体产生下压作用,提高了土体强度;负斜桩对桩前土体产生上抬作用,降低了土体强度。而竖向力加强了水平力下正斜桩对桩前土体的挤压作用,使其塑性区范围增加;削弱了水平力下负斜桩对桩前土体的上抬作用,减缓了其塑性区的发展。(5)群桩模拟结果表明:仅水平受荷时,负斜群桩后桩上拔幅度更大,浅层土体产生更多隆起位移,相比于正斜群桩更易发生破坏。而预先施加竖向荷载加大了水平受荷正斜群桩水平位移,且竖向荷载及倾角越大,增加越明显;适当的竖向荷载减小了水平受荷负斜群桩水平位移,但竖向荷载过大其位移反而增加,存在一个竖向荷载最优值能最大限度提升其水平承载力。桩长适当增加后各群桩水平位移均大幅度减小,桩周土体塑性区范围随之减小。
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