成都地区软质岩灌注桩竖向承载性能研究

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软质岩中的灌注桩是工程实践中常见的一类桩基,对于软质岩分布广泛的成都地区,此类桩基尤为普遍。然而,由于软质岩与灌注桩之间相互作用较为复杂,对其竖向承载性能的认识还不很充分。为此,本文以成都地区软质岩灌注桩为主要研究对象,基于现场原位试桩资料的收集,通过弹塑性理论分析和FLAC3D数值模拟方法对软质岩嵌岩桩的竖向承载性能进行深入研究。主要研究工作与结果如下:(1)建立了嵌岩桩受力分析的空间弹性理论计算方法。以桩体径向位移为分析目标,根据桩岩侧向界面的理想塑性条件,推导出了桩侧摩阻力、桩身轴力、桩体位移的解析表达式,可较合理反映竖向受荷嵌岩桩的荷载传递特性。实例分析表明,桩侧摩阻力、桩端阻力及桩身轴力的理论与实测值吻合良好,二者误差约在10%以内。(2)定量揭示了桩端附近的侧阻强化效应的力学机制。嵌岩桩的桩侧摩阻力沿桩身呈“R”形双峰曲线分布模式;随着荷载的增加,平均侧摩阻也逐渐增加,但增加的幅度越来越小;在每一级荷载下,桩端附近的侧阻强化效应明显。(3)提出了确定竖向受荷嵌岩基桩极限承载力的三参数法,即通过双曲线拟合确定的两个计算参数和静载试验最大加载量时相应的桩顶总沉降量共计3个参数,得到了相应的预测计算公式。实例分析表明,本文方法与数值模拟结果总体接近,最大偏差24.0%,最小偏差为15.6%;本文方法预测值小于经典算法结果,相对偏保守。(4)得到了嵌岩深度、桩径大小及软岩性质等因素对嵌岩桩竖向承载特性的影响特征。就其极限承载力与嵌岩深度的关系而言,嵌岩桩存在最佳深度。实例分析表明,在最佳嵌岩深度范围内,随着嵌岩深径比的增大桩体端阻承载比逐渐减小,当嵌岩深径比达到8.5时,端阻承载比仅为20%,基桩的承载特性接近于摩擦桩;桩径增大,桩侧阻力则整体减小,合理嵌岩深度增大;相同嵌岩深度下,桩岩模量比越大,端阻则越高;岩体弹性模量越大,侧阻强化效应则越显著,桩端围岩破坏影响范围减小。本文研究所得的成都地区软质岩灌注桩竖向承载机制与计算分析方法方面的研究成果,可以为软质岩地层竖向嵌岩桩的工程设计提供理论指导和参考。
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