盘数量对水平力作用下扩盘桩土体破坏状态影响研究

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混凝土扩盘桩为变截面设计,在不同土层增设承力扩大盘,增加桩土接触面积,使其在承载能力方面更加突显优势。且由于成桩工艺完善,使其具有节省材料、绿色环保、环境适应性强等优势。但从目前实际研究成果来看,该桩型的研究还处于初级阶段,并不能完全的满足工程的实际需求,成果多集中在竖向荷载作用下,而对水平荷载作用下桩的性能及桩周土体破坏状态的影响、荷载传递机理、承载性能、破坏机理以及沉降、群桩效应等方面的研究相对欠缺。本文通过试验研究和理论分析相结合的方法,从盘数量入手,研究水平力作用下,盘数量对混凝土扩盘桩水平承载力以及土体破坏状态的影响。在试验研究方面,创新性的提出利用原状土半截面桩模型试验方法,利用特制取土器和研究设计的半截面桩,克服了埋土试验土样失真的问题,并达到全过程可视性观察桩-土破坏形式,使试验结果与实际工程更贴近。同时利用直孔桩作为对照组,按实际工程混凝土扩盘桩规格的1:35缩小制作模型桩,并控制盘数量为单一变量,进行对比试验,从桩土相互作用,位移-荷载曲线方面,进行研究并分析了盘数量与混凝土扩盘桩桩周土体破坏的关系。其结果表明:从桩土相互作用来看,水平力作用下,混凝土扩盘桩发生刚体转动,其桩土相互压缩,随着转角增加,盘下作用范围增加,呈滑移线形状收敛,直至发生滑移破坏,桩顶处土体上拱,沿中线位置开裂。并随着盘数量的增加,旋转点发生改变,逐渐向桩端方向下移,盘下土体滑移的范围增大,承力扩大盘产生抵抗弯矩增加,提高桩的承载能力,减小直桩部分的受力;从位移-荷载曲线方面来看,相同荷载时,随着盘数量的增多,桩顶水平位移越来越小。因此盘数量的增多有效减小了桩顶的水平位移。在理论研究方面,运用ANSYS软件对同规格混凝土扩盘桩按1:1比例进行建模分析,提取相应位移及应力数据,研究表明:剪应力的最大值主要集中在承力盘部分,并且每个承力盘处均产生相应的正剪应力,来减小桩身处受力,说明承力盘数量对提高混凝土扩盘桩水平承载能力具有有利影响。另外,从位移-荷载曲线的位移云图中可以得出,承力扩大盘的数量对减小桩顶水平位移有显著影响。同时通过对比试验研究与理论分析结果,验证了试验与理论分析的一致性和准确性。并且分析发现:承力扩大盘对桩的水平抗力贡献率逐渐减弱,表明承力扩大盘的数量存在合理的取值范围,即1~2个为最优,3个尚可,不宜再多。通过本文的研究,将更加明确在水平力作用下,盘数量对混凝土扩盘桩水平承载力以及土体破坏状态的影响。进一步完善原状土半面桩模型试验方法、试验装置及混凝土扩盘桩的理论研究,促进混凝土扩盘桩的推广与使用。
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