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层状黄土地基水平受荷桩承载性状研究

作 者: 张小辉
导 师: 王铁行
学 校: 西安建筑科技大学
专 业: 岩土工程
关键词: 水平受荷桩 层状黄土地基 水平承载力 灰土垫层 数值分析
分类号: TU473.1
类 型: 硕士论文
年 份: 2013年
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内容摘要


随着西部大开发战略的实施,黄土高原工程建设活动蓬勃发展,水平受荷桩在工业建筑和道路桥梁等工程中已有较多应用。水平受荷桩承载性能不仅与桩身参数有关,而且在很大程度上受桩侧土层参数的影响。目前对上列参数引起的黄土地基单桩水平承载力变化规律尚缺乏系统研究,对此进行研究是必要的。由于天然沉积黄土的层状构造特性,根据变形控制标准,对存在地表软、硬土层及一定埋深软、硬夹层的层状黄土地基水平受荷单桩承载力随桩身参数及土层参数等影响因素的变化规律进行数值分析,分析结果发现:单桩水平承载力与土的弹性模量、粘聚力、内摩擦角及桩长、桩径等有重要关系,且当提高混凝土等级时无显著增大;存在地表硬土层、浅埋硬夹层时,或者对地表软土层、浅埋软夹层在一定厚度范围内进行加固处理,可有效地改善桩的承载性能。进一步进行现场单桩水平静载试验研究,试验揭示出:在桩顶设置灰土垫层后,单桩水平承载力特征值可大幅提高,并提出了设置垫层大幅提高黄土地基单桩水平承载力的方法。但应用该法时,垫层厚度对水平受荷桩承载力的影响研究不足,垫层外伸尺寸尚难以确定。为此,根据变形控制标准,使用数值分析方法研究不考虑灰土垫层时水平受荷桩相关参数影响范围;在此基础上,系统研究灰土垫层对层状黄土地基水平受荷桩承载力的影响。研究结果表明,在均质地层中当桩的长径比大于12时,增大桩长并不会有效地增加水平承载力。单桩水平承载力随桩径的增大而增大,其在硬黄土中的增幅明显要大于软黄土,土层越硬那么采用增大桩径的措施来增加水平承载力的效果就越明显。施工工法和泥皮厚度引起的桩-土界面摩擦系数的变化对单桩水平承载力的影响可忽略。随着桩顶下软黄土层厚度的增大,单桩水平承载力呈现非线性减小的趋势。然而随着桩顶下灰土垫层厚度的增加,单桩水平承载力呈现非线性增加的趋势,但增加梯度逐渐变小。当在软黄土地基设置灰土垫层时,灰土厚度增加引起的单桩水平承载力增幅要大于在硬黄土地基,灰土厚度较小时这一现象愈显著。桩顶灰土厚度越大,桩径变化引起的单桩水平承载力变化越大,在软黄土地基的变化幅度大于硬黄土。进而探明垫层有效外放比主要与垫层厚度和地基土质有关,提出灰土垫层外放尺寸可考虑地基土质和垫层厚度按3~5倍桩径取值。

全文目录


摘要  3-5
ABSTRACT  5-9
1 绪论  9-20
  1.1 研究背景  9-10
  1.2 层状地基水平受荷桩研究现状  10-19
    1.2.1 理论计算研究现状  11-16
    1.2.2 数值分析研究现状  16-17
    1.2.3 试验研究现状  17-19
  1.3 本文主要研究内容  19-20
2 水平受荷桩承载性状及数值分析方法  20-28
  2.1 水平受荷桩的破坏性状  20-22
    2.1.1 刚性短桩的破坏  20-21
    2.1.2 弹性长桩的破坏  21-22
    2.1.3 半刚性中长桩的破坏  22
  2.2 水平受荷桩的数值分析方法  22-27
    2.2.1 数值分析基本理论  22-25
    2.2.2 非线性方程组解法  25-27
  2.3 本章小结  27-28
3 层状黄土地基水平受荷桩承载性状数值分析  28-39
  3.1 数值分析模型  28-30
  3.2 均质黄土地基水平受荷桩承载力数值分析  30-33
    3.2.1 黄土力学参数的影响  30-31
    3.2.2 桩身参数的影响  31-33
    3.2.3 桩土界面摩擦系数μ的影响  33
  3.3 双层黄土地基水平受荷桩承载力数值分析  33-35
    3.3.1 地表软土层的弹性模量 E1与厚度 h1的影响  33-34
    3.3.2 地表硬土层的弹性模量 E1与厚度 h1的影响  34-35
  3.4 三层黄土地基水平受荷桩承载力数值分析  35-38
    3.4.1 软夹层的埋深 h1、厚度 h2与弹性模量 E2的影响  35-36
    3.4.2 硬夹层的埋深 h1、厚度 h2与弹性模量 E2的影响  36-38
  3.5 本章小结  38-39
4 灰土垫层对黄土地基水平受荷桩承载性状的影响研究  39-47
  4.1 现场试验研究  39-41
    4.1.1 工程地质概况  39
    4.1.2 试验装置与试验方法  39-40
    4.1.3 水平静载试验结果  40-41
  4.2 灰土垫层对黄土地基水平受荷桩承载力的影响研究  41-46
    4.2.1 黄土地基水平受荷桩承载力相关参数确定  41-43
    4.2.2 灰土垫层厚度 hl对黄土地基水平受荷桩承载力的影响研究  43-45
    4.2.3 灰土垫层外放比 B 对黄土地基水平受荷桩承载力的影响研究  45-46
  4.3 本章小结  46-47
5 结论与展望  47-49
  5.1 主要研究结论  47-48
  5.2 展望  48-49
致谢  49-50
参考文献  50-55

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 土力学、地基基础工程 > 地基基础 > 桩基及深基础 > 桩基
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