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《浙江大学》 2014年
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增层开挖对既有建筑桩基承载性状影响研究

伍程杰  
【摘要】:既有建筑下增层开挖,不可避免地引起原桩基承载性状的变化,由于实际工况限制,开挖后桩基承载性状不易通过实测获得,因而有必要采用理论分析和数值模拟开挖后桩基承载性状。本文在建立单桩模型的基础上,分析开挖条件下桩基的侧阻力、端阻力、承载刚度,讨论其随开挖宽度、开挖深度、土体参数等变化规律,最后建立三维数值模型模拟开挖后桩基承载性状。本文主要工作和成果如下: (1)结合案例背景建立平面单桩模型,分别简单地考虑及应用Mindlin应力解计算开挖引起的桩周竖向有效应力变化,给出桩侧和桩端基岩表面竖向有效应力计算式。 (2)推导了开挖条件下桩侧单位面积极限阻力计算式,并分别用简单公式法和Mindlin应力解法给出了增层开挖前后桩侧极限阻力的计算式,分析了桩侧阻力损失比随增层开挖宽度、开挖深度、土体内摩擦角的变化规律。结果表明:随增层开挖宽度、开挖深度增加,损失比增大;随土体内摩擦角增大,损失比减小。中心桩的损失比较相比边角桩较大,随开挖施工进行损失比增大,沿桩身自上往下各土层损失比逐渐减小,整个桩长范围内的损失比最大。 (3)推导了开挖条件下桩端单位面积极限阻力计算式,并分别用简单公式法和Mindlin应力解法给出了增层开挖前后桩端极限阻力的计算式,分析了桩端阻力损失比随增层开挖宽度、开挖深度、桩端参数的变化规律。结果表明:随增层开挖宽度、开挖深度增加,损失比增大;桩端岩体质量越好、嵌入基岩越深(无软卧层),损失比越小。中心桩的损失比相比边角桩较大,随开挖施工进行损失比增大,桩端岩体质量较差(ζ0.01)、嵌入比较小(n6)时,不同增层开挖宽度、开挖深度对损失比影响较大。 (4)假定桩侧和桩端双曲线型荷载传递函数,给出了增层开挖前后桩侧和桩端刚度曲线,基于迭代求解的荷载传递法得到增层开挖前后桩顶荷载-沉降曲线,分析了桩顶承载刚度,即基于桩顶沉降控制值的承载力降低系数变化规律,最后分析了刚度曲线的两个参数,即初始刚度降低系数和极限阻力降低系数随增层开挖深度、卸荷比的变化规律。结果表明:增层开挖后桩顶承载刚度降低,随桩顶沉降控制值增加,承载力降低系数增大。随增层开挖深度、卸荷比增加,土体初始刚度和极限阻力降低系数减小。沿桩身自上往下各土层降低系数增大;同一土层的初始刚度降低系数较小。卸荷比相同时,土层的强度越低降低系数越小。 (5)根据静载试验和数值模拟对比验证的有限元参数,建立了桩筏基础-地基-增层开挖三维数值模型,模拟群桩的承载性状,分析了基桩的桩顶刚度、桩身轴力、桩侧阻力、端阻比、土体回弹的变化规律。结果表明:增层开挖后,中心桩轴力最大、桩顶承载刚度最小。桩端土体刚度较小时,基桩荷载-沉降曲线由直线缓变型变为曲线突变型。中心桩侧阻力最大,呈中间大两头小趋势,开挖后桩侧阻力增大,开挖深度越大桩侧阻力发挥值越大。随加载进行端阻比增大,随开挖深度增加端阻比增大,桩端土体刚度较大时端阻比临界值提高。基桩均出现一定回弹,中心桩最大,基坑中心区域土体回弹量较大。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TU473.1

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