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自锚试桩体系作用机理分析及其应用

作　者: 黄利雄
导　师: 赵明华
学　校: 湖南大学
专　业: 岩土工程
关键词: 桩基础锚杆自锚试桩竖向承载力 Mindlin解
分类号: TU473.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 29次
引　用: 1次
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内容摘要

随着工程建设的发展,桩基础的应用越来越广泛,研究开发经济、可靠的基桩静载试验技术是具有重要意义的课题。与常规静载试验方法相比,自锚试桩技术具有诸多优点,因而具有强大的生命力。但作为一种新方法,目前尚缺乏对桩-土-锚体系工作机理的深入研究。本文结合湖南省交通厅科技项目,从理论上分析了桩底锚杆对桩顶沉降的影响及由于基桩实际受力状态与静载试验模拟加载之间存在差异而在确定极限承载力时出现的误差。本文首先详细论述了基桩承载机理、锚杆抗拔承载机理,在此基础上,针对自锚试桩体系的受力特点,引入Mindlin位移解,推导出桩底锚杆锚固段剪应力分布的弹性解。然后将锚周剪应力在桩顶处产生的位移沿锚固体表面进行积分得到桩顶处由于锚杆受拉拔而产生的竖向位移,从而建立用于分析桩底锚杆对桩顶沉降造成影响弹性解答。自锚试桩测得的桩顶沉降与此竖向位移之差即为相应常规静载试验中的桩顶沉降,由此即可将自锚试桩Q-s曲线转化为常规静载试验的Q～s曲线。最后基于所获得的解答,分析了各参数变化对竖向位移的影响。其次,由于基桩实际上还会受横向荷载作用,为研究其对竖向承载力的影响,首先引入m法假设下轴横向受荷桩桩身挠曲方程的幂级数解及横向受荷桩桩侧土体应力分布的弹性解,导得由横向荷载引起的桩侧阻力的变化量,由于横向荷载对桩端阻力影响不大,故此即为基桩竖向承载力的变化量,这就为修正静载试验结果提供了依据。然后将导得的计算公式对某试验进行分析,其结果表明计算值与实测值吻合较好,最后对横向荷载下基桩竖向承载力变化量的影响因素进行了分析。最后,采用本文建立的公式对本课题组进行的室内模型试验进行了分析,其结果证明了本文公式的合理性。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-20
  1.1 概述  11-12
    1.1.1 桩的应用历史  11
    1.1.2 桩的分类  11-12
    1.1.3 桩基的适用条件  12
  1.2 确定单桩竖向承载力的方法  12-17
    1.2.1 理论分析法  12
    1.2.2 经验公式法  12-13
    1.2.3 原位测试法  13
    1.2.4 动测法  13
    1.2.5 静载试验法  13-17
  1.3 自锚试桩法简介  17-19
    1.3.1 技术背景  17
    1.3.2 自锚试桩法技术原理  17-18
    1.3.3 自锚试桩法的优点  18
    1.3.4 自锚测试技术研究现状  18-19
  1.4 本文主要工作  19-20
第2章自锚试桩体系的工作机理  20-30
  2.1 竖向荷载下基桩的承载机理  20-25
    2.1.1 桩土体系的荷载传递  20-21
    2.1.2 桩侧摩阻的影响因素  21-22
    2.1.3 桩端阻力影响因素  22-23
    2.1.4 单桩破坏模式与Q～s曲线  23-25
  2.2 桩底锚杆的抗拔承载机理及应力分布  25-28
    2.2.1 概述  25
    2.2.2 锚杆抗拔承载机理  25-26
    2.2.3 现有锚固段剪应力分布模型  26-28
  2.3 桩与锚杆的相互作用  28-30
    2.3.1 桩对桩底锚杆承载性状的影响  28-29
    2.3.2 桩底锚杆对桩承载性状的影响  29-30
第3章自锚试桩体系的弹性分析  30-52
  3.1 基本思路  30-31
  3.2 Mindlin解  31-34
    3.2.1 Kelvin解  31-32
    3.2.2 伽辽金(Galerkin)向量  32
    3.2.3 半无限体中作用一竖向力的情形  32-34
  3.3 桩底锚杆锚固段应力分布  34-38
    3.3.1 基于剪切位移法的拉力型锚杆锚固段应力分布  35
    3.3.2 压力型锚杆锚固段应力分布的弹性解  35-38
  3.4 桩底锚杆对桩顶沉降影响的弹性解  38-42
    3.4.1 基本假定  38-39
    3.4.2 锚杆受拉引起的桩顶位移  39-42
  3.5 工程应用  42-47
    3.5.1 计算公式的简化  42-45
    3.5.2 估算方法  45-46
    3.5.3 Q～s曲线的转化  46-47
  3.6 影响因素分析  47-50
    3.6.1 桩端与锚固体顶部距离的影响  47-48
    3.6.2 弹性模量的影响  48
    3.6.3 桩长的影响  48-49
    3.6.4 锚杆长度的影响  49
    3.6.5 锚杆半径的影响  49-50
  3.7 本章小结  50-52
第4章考虑横向荷载作用的试桩结果修正方法  52-68
  4.1 问题的提出与解决思路  52
    4.1.1 基桩静载试验模拟与实际受力的差异  52
    4.1.2 技术路线  52
  4.2 轴横向受荷桩承载机理  52-54
    4.2.1 概述  52-53
    4.2.2 轴横向荷载共同作用下基桩承载机理  53-54
  4.3 轴横向受荷桩的m法解答  54-57
    4.3.1 桩身挠曲微分方程的建立  54-55
    4.3.2 基于m法假设的挠曲方程幂级数解  55-57
  4.4 横向力作用下桩侧土体的弹性解  57-63
    4.4.1 基本方程的建立  57-58
    4.4.2 基本方程的求解  58-59
    4.4.3 水平荷载下桩侧土体内的位移应力分布弹性解  59-62
    4.4.4 横向受荷桩桩侧土体应力分布弹性解  62-63
  4.5 横向荷载对基桩竖向承载力的影响  63-65
    4.5.1 基本假定  63
    4.5.2 横向荷载下基桩竖向极限承载力的修正  63-65
  4.6 计算实例分析  65-66
    4.6.1 算例1  65
    4.6.2 算例2  65-66
  4.7 本章小结  66-68
第5章模型试验验证及分析  68-74
  5.1 模型试验简介  68-70
    5.1.1 试验目的  68
    5.1.2 试验参数  68-69
    5.1.3 加载方法  69
    5.1.4 试验结果  69-70
  5.2 计算值与实测值的对比  70-72
  5.3 试验分析  72-74
结论与展望  74-76
参考文献  76-80
致谢  80-81
附录A 攻读学位期间论文、著作及科研情况  81

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