小直径钢管排桩抗滑计算理论及离心模型试验研究

论文摘要

小直径钢管桩一般指直径小于300mm的插入式或灌注式钢管桩。钢管顶部用联系梁相互牢固连接,形成排桩,使单桩悬臂受弯改变为整体承受弯矩,以增加排桩整体稳定性和抗弯、抗扭能力。近年来小直径钢管桩作为一种新型边坡支挡结构,在工程实践中得到越来越广泛的应用,而且取得了很好的工程效果和经济效益。尽管如此,人们对它的施工工艺、变形特性和承载能力等方面还没有充分的认识,也没有一个成熟的设计理论。设计无成熟理论研究支持,严重制约了该结构的推广、应用。通过广泛收集了国内外关于钢管桩的应用和理论计算资料,结合现场试验和离心机试验研究,归纳起来,本文主要内容和成果如下：1.介绍了国内外钢管桩的发展历史和研究现状,分析和归纳了小直径钢管抗滑排桩的加固机理、抗滑能力（包括单桩的抗剪能力和抗弯能力）、设计方法、施工方法等,重点分析了小直径钢管抗滑排桩与一般抗滑桩的不同之处：注浆加固、排桩整体工作性能与联系梁作用等,力图对小直径钢管抗滑排桩的抗滑能力和破坏机制的理论与方法有全面深入认识,为工程实例的研究确定适合的分析理论与方法。2.本论文根据小直径钢管排桩的受力特点,通过合理的假设和简化提出了桩-岩土体-桩的相互作用模式和作用力计算分析模型,该模型将钢管桩体系和桩间岩土体视为桩-岩土体的复合模型,考虑桩-岩土体-桩的相互作用。将排桩之间土视为薄压缩层,并以水平向弹簧模拟,可以考虑两排桩间土层分布变化、压缩性、桩间土加固等对排桩相互作用的影响,避免对前后排桩土压力分布做出人为分配。计算结果表明：该种计算分析模式是合理可行的,具有一定的推广应用价值。4.以广巴高速现场试验为原型,运用相似原理设计和制作了小直径钢管排桩土工离心试验模型。共设计了六组离心模型试验,通过不同影响因素的组合,达到不同的设计意图。实验内容通过改变桩的排数、桩间距等影响因素研究小直径钢管排桩的抗滑机理及变形变化规律。本文的创新点在于,将离心模型试验这种实验手段引入小直径钢管排桩抗滑机理的研究中。其研究成果可以指导生产实践,具有一定的理论和实践意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 选题的目的和意义
• 1.3 国内外小直径钢管排桩的发展及研究概况
• 1.3.1 国外钢管桩的发展应用及研究现状
• 1.3.2 国内小直径钢管桩的发展应用及研究现状
• 1.4 小直径钢管排桩的定义及特点
• 1.4.1 微型桩定义
• 1.4.2 小直径钢管桩的定义
• 1.4.3 小直径钢管排桩的特点
• 1.5 本文主要研究内容、方法及目标
• 第2章 小直径钢管排桩抗滑机理分析
• 2.1 小直径钢管单桩的抗剪及抗弯能力
• 2.1.1 小直径钢管单桩抗剪能力分析
• 2.1.2 单桩抗弯能力分析作用
• 2.2 小直径钢管排桩加固机理分析
• 2.2.1 小直径钢管排桩注浆加固机理概述
• 2.2.2 小直径钢管桩的钢管加固机理概述
• 2.2.3 小直径钢管排桩联系梁作用分析
• 2.2.4 小直径钢管桩整体加固机理概述
• 2.3 小直径钢管排桩的破坏机理
• 第3章 小直径钢管排桩设计理论
• 3.1 小直径钢管排桩设计要素和步骤
• 3.1.1 小直径钢管排桩的构造
• 3.1.2 小直径钢管排桩的设计计算步骤
• 3.2 滑坡推力及桩前抗力分布及计算
• 3.2.1 滑坡推力及桩前抗力的分布形式
• 3.2.2 滑坡推力计算方法
• 3.2.3 桩前抗力计算方法
• 3.3 受荷桩身内力及位移计算
• 3.3.1 受荷段计算模型及基本假设
• 3.3.2 受荷段桩身内力和变形计算
• 3.3.3 锚固段桩身内力及位移计算
• 3.4 算例分析
• 3.4.1 桩间土体的压缩性对荷载分担比及弯矩的影响
• 3.4.2 桩体刚度影响
• 3.4.3 桩长影响
• 3.4.4 桩顶约束条件的影响
• 3.4.4.1 独立布置钢管桩计算
• 3.4.4.2 铰接布置钢管桩计算
• 3.5 本章小结
• 第4章 小直径钢管排桩离心试验模型研究
• 4.1 土工离心模型试验原理
• 4.1.1 基本原理
• 4.1.2 离心模型实验的相似理论
• 4.1.3 离心力场和重力场的差别
• 4.2 离心模型实验误差分析
• 4.2.1 离心力场的不均匀性引起的误差
• 4.2.2 离心机启动和制动误差
• 4.2.3 边界效应问题
• 4.2.4 粒径效应问题
• 4.3 工程背景
• 4.4 实验场地和设备技术指标
• 4.5 模型设计及实验方案
• 4.5.1 模型比尺的确定
• 4.5.2 主要测试元器件
• 4.5.3 模型填料
• 4.5.4 主要构件模拟
• 4.5.5 模型设计及实验方案
• 4.6 实验步骤
• 4.6.1 实验准备工作
• 4.6.2 模型制作
• 4.7 实验记录及结果分析
• 4.7.1 第一组实验结果分析
• 4.7.2 第二组实验结果及分析
• 4.7.3 第三组实验结果及分析
• 4.8 试验结果对比分析
• 4.9 试验结果与理论计算结果对比
• 4.10 本章小结
• 结论与建议
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间参加的科研工作