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湿陷性黄土地基桩基湿陷负摩擦力计算与研究

作　者: 魏成国
导　师: 郭增玉
学　校: 西安理工大学
专　业: 岩土工程
关键词: 湿陷性黄土负摩擦力力水等效
分类号: TU473.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

我国西部分布有大面积湿陷性黄土，伴随西部大开发的进程，高层建筑和重要基础设施不断兴建，桩基础成为该地区广泛应用的一种基础方案。一旦湿陷性黄土地基浸水，桩基础将会产生很大的负摩擦力，导致建筑物产生不同程度的破坏，这个问题成为近年来急需解决的热点问题。基于上述研究背景，本文根据负摩擦力产生机理建立了负摩擦力传递模型，并对模型参数的取值进行了分析。湿陷性黄土桩周侧摩擦力的发挥同桩周土结构强度的发挥有关，桩基湿陷负摩擦力的传递模型在饱和土中符合双线硬化型模型，在非饱和土中符合三折线软化模型。通过对前人典型湿陷性黄土的增减湿试验数据进行拟合分析，得到了基于“力水等效”原理的适用于不同地区湿陷性黄土的增湿等效力的表达式，同时依据太沙基一维固结理论推导出了考虑时间效应的湿陷性黄土沉降表达式、基于弹塑性理论的考虑时间效应的湿陷负摩擦力表达式和T→∞时土层充分浸水条件下单桩湿陷负摩擦力和中性点的解析表达式，通过和现场实测数据对比，验证了其可行性。最后用有限元分析软件ADINA对受湿陷负摩擦力的单桩和群桩作了分析，得出浸水半径对湿陷负摩擦力的影响范围为30倍的桩径左右，并对桩基先加载后浸水和桩基先浸水后加载两种条件下湿陷负摩擦力和中性点的发展变化过程作了分析。指出湿陷性黄土地区群桩的桩间距宜控制在4倍桩径以内，并对桩基湿陷负摩擦力的防治方法进行了探讨。

全文目录

中文摘要  3-4
Abstract  4-8
1 绪论  8-20
  1.1 选题的意义  8-11
  1.2 桩基负摩擦力相关术语定义  11-12
  1.3 负摩擦力机理研究  12-13
  1.4 桩基湿陷负摩擦力形成机理及特点  13-15
    1.4.1 湿陷负摩擦力的形成机理  13-14
    1.4.2 桩基湿陷负摩擦力的特点  14-15
  1.5 桩基负摩擦力国内外研究现状  15-19
    1.5.1 负摩擦力理论计算方法的发展  15-16
    1.5.2 国内现行的桩基湿陷负摩擦力的计算方法及研究进展  16-18
    1.5.3 桩基湿陷负摩擦力问题现场试验研究  18
    1.5.4 负摩擦力引起的桩基附加沉降问题的研究  18-19
  1.6 存在的问题  19
  1.7 研究思路及技术路线  19-20
2 桩土荷载传递模型及负摩擦力公式推导  20-34
  2.1 桩的荷载传递机理的理论分析  20-24
    2.1.1 弹性理论法  20-21
    2.1.2 荷载传递函数法  21-24
  2.2 负摩擦力传递模型  24-28
  2.3 基于界面刚度系数为常数的桩侧负摩擦力推导  28-29
  2.4 模型参数的确定  29-31
    2.4.1 桩土界面剪切刚度系数K的取值  29-31
  2.3 中性点位置以往的确定方法  31-33
  2.4 小结  33-34
3 基于弹塑性理论并结合"力水等效"原理的单桩湿陷负摩擦力解析表达式  34-68
  3.1 湿陷性黄土桩周侧摩擦力的发挥同桩周土结构强度发挥的关系  34-40
    3.1.1 典型湿陷性黄土在不同含水量条件下的三轴剪切试验  35-37
    3.1.2 湿陷性黄土地区现场桩基载荷试验  37-39
    3.1.3 桩侧摩擦力的发挥受黄土结构性的影响  39-40
  3.2 黄土的"力水等效"原理作用研究  40-42
  3.3 桩周湿陷性黄土浸水湿陷的沉降表达式  42-55
    3.3.1 黄土湿陷变形的特征指标  43
    3.3.2 黄土湿陷性和压缩性的转化  43-44
    3.3.3 湿陷性黄土的固结特性及由外荷引起的沉降表达式  44-46
    3.3.2 考虑时间效应的湿陷性黄土沉降表达式  46-48
    3.3.3 湿陷负摩擦力的确定  48-55
  3.4 实例分析  55-66
    3.4.1 工程概况  55-56
    3.4.2 场地工程地质概况  56-58
    3.4.3 负摩擦力试验  58-64
    3.4.4 理论计算同实测对比结果  64-66
  3.5 小结  66-68
4 基于"力水等效"原理的桩基湿陷负摩擦力及沉降的有限元分析  68-88
  4.1 概述  68
  4.2 ADINA有限元软件简介  68-69
  4.3 有限单元法模型的建立  69-74
    4.3.1 有限元计算步骤及网格划分  69-70
    4.3.2 土的本构模型的选用  70-73
    4.3.3 桩土接触面的处理  73-74
    4.3.4 初始应力场的实现  74
  4.4 单桩湿陷负摩擦力的有限元分析  74-83
    4.4.1 参数选取与模型建立  74-76
    4.4.2 浸水范围对试验条件下桩湿陷负摩擦力的影响  76-79
    4.4.3 桩土相对刚度对单桩湿陷负摩擦力的影响  79-81
    4.4.4 桩顶荷载对湿陷负摩擦力及中性点的影响  81-83
  4.5 群桩湿陷负摩擦力的有限元分析  83-86
    4.5.1 位置不同对群桩中各桩湿陷负摩擦力的影响及群桩数目对群桩效应系数的影响  84-85
    4.5.2 群桩桩间距对群桩效应的影响  85-86
  4.6 小结  86-88
5 桩基湿陷负摩擦力的防治  88-93
  5.1 桩基湿陷负摩擦力产生的影响  88-89
  5.2 减少桩基湿陷负摩擦力的工程措施  89
  5.3 湿陷负摩擦力防治的方法和新工艺  89-92
    5.3.1 湿陷负摩擦力防治的方法  89-90
    5.3.2 湿陷负摩擦力防治的新工艺  90-92
  5.4 桩基湿陷负摩擦力在纠倾中的作用  92
  5.5 小结  92-93
6 结论与展望  93-96
  6.1 主要结论  93-94
  6.2 进一步研究工作的设想  94-96
致谢  96-97
参考文献  97-102
附录:在校期间所参加课题及所发表论文等  102

湿陷性黄土地基桩基湿陷负摩擦力计算与研究

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