串珠状岩溶区桩侧溶洞对单桩承载特性影响研究

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串珠状岩溶区地质条件复杂,溶洞大小、分布等均是无规律的,这就使得桩侧存在溶洞在串珠状岩溶区是较为常见的现象。但现阶段对于岩溶桩基的研究多集中在桩底存在下伏溶洞时桩基的承载特性方面,而对于桩侧溶洞的研究不仅少且集中在单溶洞的情况下,缺乏对于桩侧多溶洞的研究。目前现行的相关桩基设计规范也没有提出在桩侧存在溶洞时桩基承载力的计算方法。为完善岩溶桩基设计理论、确保工程安全,本文依托于曲江大道江湾大桥工程,研究了桩侧溶洞对单桩承载特性的影响,本文主要工作如下:(1)对嵌岩桩的桩基荷载传递过程、荷载传递函数以及嵌岩桩桩基竖向承载力的确定进行了介绍,对于考虑界面脱黏的荷载传递模型进行了一定的修改,基于修改后的模型对桩侧存在溶洞时的荷载传递函数进行理论分析与求解,为后文中对桩基承载特性的分析提供一定的理论基础;(2)采用MIDAS GTS有限元软件对桩侧溶洞在不同桩与洞水平间距、不同桩顶与洞竖向间距、不同溶洞高度、不同溶洞宽度以及多溶洞时进行建模分析,得出各溶洞参数对单桩承载特性的影响,发现随着桩与洞水平间距(或桩顶与洞竖向间距)的增大,单桩极限承载力增加;随着溶洞高度(或宽度)增大,单桩极限承载力减小;桩侧多溶洞会使上述参数的影响增大多倍,且可能导致桩基在未达到其极限承载力就出现受拉破坏;(3)基于数值模拟结果,采用灰色关联分析法对桩侧溶洞参数的关联度进行计算,根据计算结果分析各参数变化对单桩承载力与桩身最大水平位移的敏感性强弱,发现以单桩极限承载力和以桩身最大水平位移为参考序列时,影响单桩承载力和桩身水平位移的参数敏感性规律是一致的,均为溶洞数量>溶洞高度>溶洞宽度>桩顶与洞竖向间距>桩与洞水平间距;(4)通过MATLAB构建BP神经网络结构,以第三章中的计算结果作为数据样本,对桩侧双溶洞与三溶洞的单桩承载力进行预测,验证了有限元分析的结论,证明了采用BP神经网络能够应对串珠状岩溶区桩侧溶洞分布的复杂性与无规律性。
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