基于现场单桩载荷试验结果的桩土参数识别方法

论文摘要

基于对前人研究的分析对比,结合本文研究目的最终选择荷载传递法作为单桩沉降计算的基本理论。分析了单桩荷载-沉降计算中应考虑的非线性问题,并在此基础上确定了传递函数模型。对桩侧传递函数选用三折线模型,兼顾了理想弹塑性、非线性弹塑性和应变软化模型的特征,且易得到解析解;对桩端传递函数选用双折线硬化模型。基于荷载传递法详细推导了传递函数基本微分方程,指出了以往理论推导过程中的不足之处,阐明了传递函数中S的真正含义,指出并解释了以往学者对其概念模糊不清的原因。将桩周土状态随桩顶荷载的发展变化过程划分为五个阶段,基于传递函数基本微分方程和传递函数模型、依据桩身整体平衡关系及边界条件逐阶段分析了桩身荷载-沉降关系,得到了各阶段单桩荷载-沉降关系及单桩刚度关于桩身参数和传递模型参数的解析表达式。将现场单桩静载荷试验的QS曲线亦分为五个阶段,分别与桩周土的五个阶段相对应。对实测QS曲线进行分阶段拟合,求得不同阶段不同点处拟合曲线切线的斜率,将这一系列斜率的倒数与对应阶段单桩刚度解析表达式相结合,即可反算出相关的传递函数模型参数。由于不同阶段单桩刚度解析式与不同的模型参数有关,因此,可以逐阶段反算不同的参数,避免了同时反算多个参数而造成的各参数交叉影响的问题,使参数的识别结果更加可靠。本文研究成果使得费时费力的现场单桩静载荷试验结果得以更充分的应用,并且可以省去一些土层参数测定试验。在参数反算结果基础上,可以结合桩土荷载-沉降关系预测同一工程中桩身及桩间土的沉降特性,为群桩工后沉降的预测奠定了理论基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.1.1 研究的背景及问题的提出
• 1.1.2 研究的意义
• 1.1.3 研究的目的
• 1.2 单桩沉降计算理论的国内外研究现状
• 1.2.1 荷载传递法
• 1.2.2 剪切变形传递法
• 1.2.3 弹性理论法
• 1.2.4 分层总和法
• 1.2.5 有限单元法
• 1.3 本文的研究内容
• 1.4 本文的研究思路
• 2 基于荷载传递法的传递模型的建立
• 2.1 单桩沉降的计算理论的确定
• 2.1.1 多种沉降计算理论的对比
• 2.1.2 本文沉降计算理论的确定
• 2.2 桩身荷载传递和沉降发展机理
• 2.3 基桩荷载-沉降的非线性问题
• 2.3.1 桩侧摩阻力与桩身位移的非线性问题
• 2.3.2 桩端阻力与桩端位移的非线性问题
• 2.4 荷载传递函数模型的选择
• 2.4.1 传递函数模型的选取
• 2.4.2 桩土分析模型的基本假设
• 2.5 本章小节
• 3 桩周土处于不同状态时单桩沉降计算
• 3.1 传递函数基本微分方程的建立
• 3.2 桩周土状态随桩顶荷载的发展变化过程
• 3.3 桩周土处于不同状态时单桩荷载-沉降关系解析解
• 3.3.1 桩端无位移-桩侧土部分处于弹性状态
• 3.3.2 桩端有位移-桩侧土全部处于弹性状态
• 3.3.3 桩侧土部分处于弹塑性状态
• 3.3.4 桩侧土部分处于塑性滑移状态
• 3.3.5 桩侧土全部处于滑移状态
• 3.4 本章小结
• 4 依据单桩载荷试验结果识别传递模型参数
• 4.1 现场试验结果在部分参数识别中的应用
• 4.1.1 极限侧摩阻力的确定
• 4.1.2 极限端阻力的确定
• 4.1.3 桩身弹性模量的确定
• 4.2 典型单桩静载荷试验结果分析
• 4.3 基于单桩载荷试验数据的模型参数识别方法
• 4.3.1 现场实测结果与计算理论的对应关系
• 4.3.2 桩侧土弹性段抗剪刚度系数
• 4.3.3 桩端土抗压刚度系数及界限位移
• 4.3.4 桩侧土弹性界限位移及界限侧阻
• 4.3.5 桩侧土弹塑性段抗剪刚度系数及界限位移Su2
• 4.3.6 单桩刚度及桩身荷载-沉降关系的确定方法
• 4.4 本文参数识别方法的独特之处
• 4.4.1 桩土参数识别方法的研究现状
• 4.4.2 本文的识别方法
• 4.5 实例分析
• 4.6 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录攻读硕士学位期间发表的论文