大直径灌注桩套管高频振动贯入机理分析

论文摘要

高频液压振动锤是20世纪末迅速发展起来的一种桩工机械，在德国、美国、荷兰等发达国家，已是一项技术非常成熟的环保、高效的工程机械。高频液压振动锤具有震感小、噪音低、公害小、自重轻、机动性强、穿透力强和适用范围广等优点，已广泛应用于国内工程建设的众多领域，如高速铁路、码头工程、基坑支护等。全套管灌注桩是采用特殊的施工方法完成的一种新型灌注桩，具有环保效果好、成孔和成桩质量高等优点，但由于其施工机械昂贵，施工工艺要求高等原因，这种先进的施工工艺并没有广泛普及。本文将采用高频液压振动锤贯入灌注桩钢套管，用Plaxis软件模拟套管高频振入，分析沉管后土体性状，为大直径灌注桩套管的高频振动贯入提供理论基础与计算方法，以推广高频液压振动锤及大直径全套管灌注桩的实际应用。本文的主要内容有：首先，介绍了岩土工程有限元软件Plaxis的基本原理、组成和特点。详细系统地介绍了本文用到的Hardening soil模型，对该模型的屈服面进行详细描述，总结了模型中参数的特点及Plaxis软件中的相关定义。其次，利用Plaxis软件对大直径套管高频振入进行轴对称分析，土体用HS模型模拟。沉管过程中考虑超孔隙水压力的增长情况，研究大直径套管贯入过程中套管与土体间的相互作用，沉管后的土体变形情况，超孔隙水压力的分布及沉管对周边环境的影响。通过改变振动锤及土体的参数，探讨这些参数对高频贯入套管的影响。再次，研究分析套管贯入过程中形成的土塞效应，总结土塞效应研究现状，土塞闭塞效应的理论判断方法。通过改变土体性质、套管直径、振动锤参数等因素，分析对套管内土塞高度和土体性状的影响。然后，考虑停止振动后超孔隙水压消散的情况，用解析解的方法分析工后固结性状。最后，总结本文得出的主要结论，并指出研究的不足之处和研究展望。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 大直径全套管灌注桩
• 1.2.1 大直径全套管灌注桩
• 1.2.2 大直径全套管灌注桩的优点
• 1.2.3 全套管灌注桩的施工工艺及相关研究
• 1.2.4 套管高频振动的贯入机理
• 1.3 高频液压振动锤
• 1.3.1 各种桩锤的应用
• 1.3.2 高频液压振动锤的优点
• 1.3.3 高频液压振动锤的构造
• 1.3.4 高频液压振动锤的主要参数
• 1.3.5 国内外已有产品简介
• 1.3.6 高频液压振动锤的应用现状
• 1.4 土塞效应研究
• 1.4.1 概述
• 1.4.2 国内外土塞效应研究现状
• 1.4.3 土塞形成机理
• 1.4.4 土塞闭塞效应
• 1.5 沉管引起的超孔隙水压力
• 1.5.1 概述
• 1.5.2 超孔隙水压力的研究状况
• 1.6 本文的研究意义与主要工作
• 1.6.1 课题的研究意义
• 1.6.2 本文的主要工作
• 第二章 套管高频振入数值分析的理论基础
• 2.1 PLAXIS 程序简介
• 2.2 PLAXIS 动力分析理论
• 2.2.1 动力特性的基本方程
• 2.2.2 时间积分
• 2.2.3 模型边界
• 2.3 硬化土模型（HS）
• 2.3.1 硬化土模型（Hardening soil model）简介
• 2.3.2 标准排水三轴试验的双曲线关系
• 2.3.3 HS 模型的剪切屈服面
• 2.3.4 HS 模型的帽盖型屈服面
• 2.3.5 HS 模型的控制方程和参数总结
• 2.4 本章小结
• 第三章 大直径灌注桩套管高频贯入的数值研究
• 3.1 引言
• 3.2 套管高频贯入的过程模拟
• 3.3 模型的建立
• 3.3.1 基本假定
• 3.3.2 几何模型
• 3.3.3 边界条件
• 3.3.4 荷载输入
• 3.3.5 材料属性
• 3.3.6 单元网格划分
• 3.3.7 初始条件
• 3.4 结果分析
• 3.4.1 未有预埋深度套管的性状分析
• 3.4.2 有预埋深度套管的性状分析
• 3.5 整体打桩模型分析
• 3.6 参数分析
• 3.6.1 土体变形模量
• 3.6.2 粘聚力
• 3.6.3 内摩擦角
• 3.6.4 阻尼比
• 3.6.5 频率
• 3.6.6 静定荷载
• 3.6.7 套管直径
• 3.7 本章小结
• 第四章 土塞效应研究
• 4.1 引言
• 4.2 钢套管内土塞性状分析
• 4.2.1 土塞位移变化
• 4.2.2 土塞孔压变化
• 4.3 参数分析
• 4.3.1 土体变形模量
• 4.3.2 粘聚力
• 4.3.3 内摩擦角
• 4.3.4 阻尼比
• 4.3.5 频率
• 4.3.6 静定荷载
• 4.3.7 套管直径
• 4.4 土塞端承载力
• 4.4.1 完全排水条件
• 4.4.2 不排水条件
• 4.5 本章小结
• 第五章 超孔隙水压力消散固结
• 5.1 引言
• 5.2 孔压消散
• 5.2.1 套管外孔压消散分析
• 5.2.2 土塞内孔压消散分析
• 5.3 土体固结解析解
• 5.3.1 套管周围土体固结方程和一般解
• 5.3.2 套管内土塞孔压消散解
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 本文的主要结论
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历