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桥梁桩基承载特性的模拟试验法研究

作　者: 王东阳
导　师: 谢永利
学　校: 长安大学
专　业: 道路与铁道工程
关键词: 桥梁桩基承载力模拟试验法有限元工程应用
分类号: U443.15
类　型: 博士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

本文通过对松花江流域特大桥设计与施工存在问题的分析，以及对特大桥桩基承载能力的试验研究，分析了用不同试验方法确定桩基承载能力的适用性和局限性，从技术和经济的角度，提出了用模拟试验法确定桩基承载力的新方法。模拟试验法是以经典的莫尔—库伦强度准则为理论基础提出确定桩侧摩阻力的剪切试验，该试验在设计过程中综合考虑了地层环境、成桩工艺、实际地层压力等各项因素的影响，在加荷设计过程中考虑了岩土体自重应力作用以及桩在极限荷载作用下的不同承载性状，分别测定不同地层岩性在荷载作用下的剪应力和水平位移，作出剪切应力-剪位移曲线图。求得不同地层与桩身之间的侧摩阻力。桩端承载力以三轴压缩试验为模型模拟桩端地层的承载性能，以一定倍数折减的围压分别作用于多个试样上，根据侧向围压及试样的三轴抗压强度绘制摩尔应力圆，求出摩尔强度包线，从而依据实际桩端地层所受的侧向应力在此包线上求得其三轴抗压强度，求出桩端极限承载力。相似性问题在模拟试验确定桩基承载力中得到充分体现，包括试验与工程桩所处环境的相似性，确定桩侧摩阻力的剪切试验相似模拟以及确定桩端承载力的三轴试验相似模拟等三个方面。同时提出三种确定单桩极限承载力的方法，以桩土间相互作用的法向应力三种取值方法为基础，同时考虑了桩周岩土体屈服强度的影响，分别以自重引起的侧向应力、有限元数值计算产生的法向应力、自重与有限元耦合产生的法向应力计算出三种极限承载力，并提出与现场实测的对比研究模拟试验确定单桩极限承载力的准确性。模拟试验法具有传统测桩方法难以实现的优点：可方便的计算出各种情况的桩基承载力值，如考虑冲刷线的深度、桩不同埋深时的承载力值；试验周期较短，试验费用较少，可以达到较高的精度，能够为大型桩基工程建设特别是大型桥梁工程的设计与施工提供科学依据，具有广泛的应用前景。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第一章绪论  9-17
  1.1 研究目的与意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-15
  1.3 研究内容及方法  15-17
第二章大型桩基承载力测试方法综述  17-48
  2.1 静载试验法  17-22
    2.1.1 概述  17
    2.1.2 试验仪器和装置  17-19
    2.1.3 试验方法  19-20
    2.1.4 单桩竖向极限承载力的确定  20-21
    2.1.5 静载试验法存在的缺点  21-22
  2.2 自平衡试桩法  22-32
    2.2.1 概述  22
    2.2.2 试验原理与方法  22-26
    2.2.3 试验资料整理及分析  26-28
    2.2.4 荷载箱位置的确定  28-31
    2.2.5 Osterberg测桩法的特殊用途及局限性  31-32
  2.3 动载测桩法  32-39
    2.3.1 概述  32-33
    2.3.2 低应变测桩  33-36
    2.3.3 高应变测桩  36-37
    2.3.4 超声波法桩身质量检测  37-39
  2.4 静动测桩法  39-43
    2.4.1 概述  39-40
    2.4.2 试验原理与试验装置  40-41
    2.4.3 试验资料整理及分析  41-42
    2.4.4 应用范围及优缺点  42-43
  2.5 模拟试验法  43-45
  2.6 小结  45-48
第三章模拟试验法确定大型桩基承载力  48-58
  3.1 模拟试验法的理论基础  48
  3.2 模拟试验法的具体实现  48-54
    3.2.1 桩侧摩阻力的中型剪切试验模拟  48-51
    3.2.2 桩端承载力的三轴模拟试验  51-52
    3.2.3 相似性原理在模拟试验研究中的体现  52-54
  3.3 桩基承载力取值的研究  54-56
  3.4 对比分析  56
  3.5 小结  56-58
第四章桩基受力性状的有限元分析  58-92
  4.1 有限元法基本原理  58-64
  4.2 传统静载条件下的有限元分析  64-85
    4.2.1 应力应变模型1  64-75
    4.2.2 应力应变模型2  75-84
    4.2.3 两种模型对比分析  84-85
  4.3 桩承载力自平衡法测试的有限元模拟  85-90
    4.3.1 应力应变模型  85
    4.3.2 参数选取  85-86
    4.3.3 荷载箱加载方式  86
    4.3.4 位移分析与应力分析  86-90
  4.4 小结  90-92
第五章模拟试验法的工程应用  92-131
  5.1 概况  92-102
    5.1.1 说明  92
    5.1.2 工程概况  92-93
    5.1.3 地质概况  93-102
  5.2 岩土体基本参数确定  102-109
    5.2.1 岩土体室内常规试验  102-103
    5.2.2 桩侧摩阻力的模拟试验  103-109
    5.2.3 桩端承载力模拟试验  109
  5.3 桩承载力模拟试验取值研究  109-125
    5.3.1 桩侧法向应力值σ的确定  110-118
    5.3.2 各土层抗剪强度的确定  118-122
    5.3.3 各岩土层侧摩阻力及桩基承载力的确定  122-125
  5.4 与自平衡法实测结果的对比研究  125-130
  5.5 小结  130-131
第六章结论与思考  131-135
参考文献  135-143
附录1  143-162
附录2  162-172
在读博士学位期间发表的论文、著作和完成的科研成果  172-173
致谢  173

桥梁桩基承载特性的模拟试验法研究

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