建筑物桩基础负摩阻力特性研究

论文摘要

随着科学技术的不断发展和更新,桩基础由于其良好的受荷特性而作为建筑物的基础日趋普遍。近十年来,港口、海岸与水利工程逐渐增多以及现代施工技术的不断进步,桩基础越来越多地被应用到各种重要工程。在实际工程中,由于工程设计时未考虑桩基负摩阻力的影响而出现建筑物不均匀沉降导致的倾斜、坍塌等现象仍旧较多。如今由于桩基负摩阻力现象的普遍化、严重化以及特殊化,其已经被许多土木工程设计人员及学者所重视。本文借助室内模型试验和数值模拟针对单桩以及群桩负摩阻力特性进行了比较深入而系统的研究,得到了一些有益的结论。本文主要研究内容如下:通过对端承和摩擦端承两个类型的单桩和群桩模型,在桩顶竖向荷载及桩周土大面积堆载作用下的桩身负摩阻力性状进行了研究,得到桩顶荷载和桩周土堆载共同作用下的桩基沉降、桩身轴力、桩侧摩阻力、桩端阻力以及桩周土体固结沉降变化规律。本文着重研究了不同桩数和不同桩间距条件下,4桩及9桩群桩桩端阻力、桩身轴力以及土体沉降随固结时间的变化规律,加深了对群桩基础负摩阻力特性的认识。试验结果表明:单桩以及群桩基础在桩周土堆载作用下,桩身负摩阻力具有明显的时间效应;群桩基础负摩阻力具有明显的群桩效应;桩数、桩间距以及桩的位置都对桩身负摩阻力产生明显的影响。基于大型通用有限元计算软件ABAQUS,建立桩-土三维对称有限元模型;在根据室内土工试验得到的合理的计算参数基础上,对部分模型试验进行进一步的数值模拟分析,并且针对两种载荷顺序对负摩阻力的影响进行了分析。计算结果表明:数值分析结果与试验结果在负摩阻力变化规律上基本吻合,表明在合理选取土体本构模型和计算参数的条件下,有限单元法能有效地用于桩基负摩阻力特性分析。不同的载荷顺序分析结果表明,桩顶荷载与桩周土堆载级别相同时,桩顶荷载先作用下的桩身负摩阻力明显大于桩周土堆载先作用下的情况。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 桩基负摩阻力研究的目的和意义
• 1.3 国内外桩基负摩阻力研究现状
• 1.3.1 现场试验
• 1.3.2 模型试验
• 1.3.3 计算分析方法
• 1.3.4 计算机数值模拟方法
• 1.4 本文的主要工作
• 2 桩基负摩阻力基本理论
• 2.1 负摩阻力的概念
• 2.2 负摩阻力产生的原因
• 2.3 影响负摩阻力的因素
• 2.4 中性点的位置
• 2.5 桩基负摩阻力的时间效应及群桩效应
• 2.6 减小负摩阻力的方法
• 3 桩基础负摩阻力模型试验设计
• 3.1 概述
• 3.1.1 模型试验简介
• 3.1.2 相似理论简介
• 3.2 模型试验设计
• 3.2.1 模型槽设计
• 3.2.2 模型桩设计
• 3.2.3 地基土选用及土体参数
• 3.2.4 加载方式设计
• 3.2.5 试验数据采集与测定
• 3.2.6 数据处理方法
• 3.3 模型试验方案与步骤
• 3.3.1 试验目的
• 3.3.2 试验方案
• 3.3.3 试验步骤
• 4 桩基负摩阻力模型试验结果分析
• 4.1 端承型模型试验结果分析
• 4.1.1 单桩模型试验结果分析
• 4.1.2 4桩模型试验结果分析
• 4.1.3 9桩模型试验结果分析
• 4.1.4 模型试验小结
• 4.2 摩擦端承型模型试验结果分析
• 4.2.1 单桩模型试验结果分析
• 4.2.2 4桩模型试验结果分析
• 4.2.3 9桩模型试验结果分析
• 4.2.4 模型试验小结
• 5. 桩基负摩阻力有限元分析
• 5.1 有限单元法概述及ABAQUS软件简介
• 5.2 土体Mohr-Coulomb理想弹塑性模型
• 5.2.1 一般意义上的Mohr-Coulomb理想弹塑性本构模型
• 5.2.2 ABAQUS所提供的Mohr-Coulomb理想弹塑性本构模型
• 5.3 ABAQUS中接触非线性问题求解方法
• 5.4 数值计算模型以及计算结果分析与比较
• 5.4.1 工程实例分析
• 5.4.2 单桩模型分析
• 5.4.3 群桩模型分析
• 5.4.4 载荷顺序对负摩阻力的影响
• 5.5 有限元分析小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢