软土地基中楔形桩工作特性研究

论文摘要

楔形桩起源于前苏联,是一种单位体积承载力高的优良桩型。这种优良桩型从产生到现在已有30多年的历史,但它的应用却并不普遍,还没有受到足够的重视,这主要是因为对楔形桩的研究还不多,人们对它的承载机理和性状的认识还没有象等截面桩那样深入。为此,本文结合国家自然科学基金资助项目（No.50578169）对楔形桩在软土地基中的工作特性进行了研究。首先,对桩基理论进行了简单的介绍,并对目前国内外楔形桩的实验研究和应用情况进行了较为系统地总结和分析。其次,分别对楔形桩与等截面桩进行了室内模型试验。同时,基于试验结果,对静压楔形桩的挤土效应、楔形桩的承载性状与荷载传递规律与等截面桩进行了对比分析,探讨了影响楔形桩工作性状的主要因素。第三,基于圆孔扩张理论与荷载传递法相结合,荷载传递法与非线性分析的增量法相结合两种不同的方法,分别建立了楔形桩与桩周土相互作用的力学模型,获得了荷载-沉降关系等一系列的解析算式。第四,利用ADINA有限元分析软件,对室内模型试验进行了三维数值模拟,基于数值模拟结果,分析了楔形桩的承载特性与荷载传递规律,探讨了楔形桩的桩周土与桩端土的径向位移。通过研究,获得了如下结论:1)等截面桩在沉桩过程中产生地表隆起,且距离桩轴线12倍桩径处隆起量最大,其影响范围约36倍桩径;2)在相同的地质条件下,楔形桩对桩周土的挤土效应比等截面桩大,桩顶直径越大,桩周地表隆起量越大,其最大隆起量约在离桩轴线距离12倍桩顶直径处,大小约为桩顶直径的6 %8%;3)随着离桩轴线距离的增大,楔形桩桩周土表面隆起量衰减的速度比等截面桩桩周土表面隆起量衰减的速度要快;4)在相同的地质条件下,楔形桩桩侧摩阻力比等截面桩桩侧摩阻力大,且随着楔形桩侧壁倾角增大,桩侧摩阻力提高,单位体积承载力增大;5)在竖向荷载作用下,楔形桩的桩周土与桩端土均有径向位移,但桩周土最大的径向位移不在桩周土表面,而在土表面以下一定深度处,且随着楔形桩侧壁倾角增大,深度略有增大。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 桩基础概述
• 1.1.1 桩及桩基础的概念
• 1.1.2 桩基础发展简史
• 1.1.3 桩基础的类型
• 1.1.4 桩基础的特点和适用范围
• 1.1.5 影响桩基础承载力的主要因素
• 1.2 楔形桩的发展与研究现状
• 1.2.1 楔形桩的工作原理
• 1.2.2 楔形桩类型和形式
• 1.2.3 楔形桩的优点
• 1.2.4 楔形桩的研究与应用现状
• 1.3 本课题研究的意义和目的
• 1.4 本课题研究的主要内容和方法
• 第二章 楔形桩模型试验研究
• 2.1 概述
• 2.1.1 静压桩挤土效应试验研究现状
• 2.1.2 楔形桩竖向承载性状试验研究新进展
• 2.2 模型试验概况
• 2.2.1 模型物理力学性能
• 2.2.2 试验研究目的
• 2.2.3 试验研究内容
• 2.3 试验过程与结果分析
• 2.3.1 静压沉桩挤土效应试验研究
• 2.3.2 载荷试验研究
• 2.4 本章小结
• 第三章 楔形桩工作特性的分析方法研究
• 3.1 概述
• 3.2 楔形桩荷载传递规律研究
• 3.2.1 基本理论及计算原理
• 3.2.2 算例与分析
• 3.3 楔形刚性桩与桩周土相互作用的非线性分析
• 3.3.1 基本假定及计算原理
• 3.3.2 算例与分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 有限单元法及ADINA软件介绍
• 4.1 概述
• 4.2 有限单元法解题的基本步骤
• 4.3 岩土工程弹塑性问题有限元分析
• 4.3.1 弹塑性刚度矩阵
• 4.3.2 弹塑性增量有限元分析
• 4.4 土的弹塑性模型
• 4.5 ADINA软件介绍
• 4.5.1 ADINA的发展历史
• 4.5.2 ADINA系统概述
• 第五章 楔形桩工作性状有限元模拟
• 5.1 概述
• 5.2 基本假定和计算模型
• 5.2.1 基本假定
• 5.2.2 计算模型
• 5.3 数值模拟结果分析
• 5.3.1 荷载-沉降曲线分析
• 5.3.2 荷载传递规律分析
• 5.3.3 土体径向位移分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 本文研究工作的总结
• 6.2 开展进一步工作的设想
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的科研与论文发表情况
• 致谢