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《福州大学》 2006年
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堆载作用下被动桩与土体相互作用研究

黄伟达  
【摘要】:在路基和桥台填筑、大面积堆载等建设工程中,往往因地基土的工程性质较差诱发土体发生较大侧向位移,使邻近桩基础受到附加水平荷载甚至竖向摩阻力的作用,严重影响桩的承载性能乃至上部结构的破坏,这类桩即称作“被动桩”。被动桩问题有着深刻的工程背景和惨痛的经验教训,特别是近年来工业厂房堆载问题日益突出。被动桩同时也是一个典型的、复杂的三维空间问题,桩间土存在“绕流作用”和“土拱效应”。本文借助美国土工软件FLAC3D对大面积堆载下的被动桩性状进行三维数值模拟,以探索被动荷载作用下的桩土相互作用机制,为被动桩设计、计算理论提供技术依据,并应用于工程实践。 首先,系统地总结和论述了国内外现有的各种关于被动桩土压力问题的理论分析、试验手段和计算方法,并分析了几种典型的土压力分布模式。 其次,利用FLAC~(3D)建立单排桩的三维弹塑性有限元模型,重点研究堆载大小和尺寸、桩身刚度、桩土接触面特性、土的工程性质、地基加固等因素对被动桩性状的影响。对被动桩土压力分布规律进行了研究,通过分段线性拟合提出了一个软土地基的土压力分布公式。 然后,对群桩进行了三维弹塑性分析,主要讨论了堆载条件、桩的尺寸以及软土性质等因素对被动桩性状的影响,并对基桩的变形模式和土压力分布规律进行归一化线性拟合,提出了一个经验的分布公式。对一现场堆载试验进行有限元模拟,并与现场实测资料及其它有限元计算进行比较。 此外,由于有限元计算的复杂性,参数不易控制,较难被广大技术人员掌握。基于此,本文引入竖向荷载和半空间内某一点集中力作用下的层状地基弹性理论对Poulos弹性理论法进行了改进,提出一种能够考虑土的层状特性以及堆载、桩和土三者共同作用的简化算法,并利用Matlab软件编制了相应程序进行实现,可方便进行堆载下单桩的性状分析。 最后,对全文的工作进行了总结,指出被动桩课题仍面临的一些关键问题,并对未来的发展趋势进行了展望。
【学位授予单位】:福州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TU473.1

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