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倾斜荷载作用下桩基及土体的受力机理分析

姚跃  
【摘要】:随着经济的快速发展以及人口数目的不断增加,使得桥梁以及建筑的迅速向大跨度和高层发展,分析桩基在承受倾斜荷载或者轴向、水平荷载作用的受力状况逐渐成为重点。目前,对于承受倾斜荷载作用的桩基的受力机理的研究还只局限于在宏观作用的层面上,而对于桩基在倾斜荷载作用时桩身与土体颗粒相对运动,相互作用的微观层面的机理探讨还不多。土体是由一系列碎散的颗粒物组成,具有非线性、非连续性等特点,因此很有必要从颗粒层面研究桩土相互作用的机理。本文以单桩静载室内试验为基础,研究了单桩在砂土中的受力特性。基于离散元法对倾斜荷载作用下的桩基进行模拟。通过将离散的颗粒体组合形成桩体与桩周土体,利用颗粒流程序(Particle Flow Code,PFC)模拟试验对承受倾斜荷载作用下的桩土相互作用机理。通过对桩周设置测量圆以及桩周土体的不同性质论述了在微观层面上桩土相互作用的机理。本文主要完成了如下工作:本文首先基于静载模型试验对砂土中的单桩进行模拟,建立PFC颗粒流模拟模型。重点分析了桩身承受倾斜荷载时桩周土体颗粒的位移、力链传递以及桩周土压力的变化。并且分析了桩身直径、土颗粒刚度以及土颗粒的摩擦系数对桩土相互作用的影响。结果表明:(1)刚性短桩自由端在承受荷载时,桩前土体颗粒首先表现出侧向平移,距离桩体一定距离表现为向右上方运动。(2)随着桩顶水平荷载的增加,桩身对桩前土体的影响范围及桩周土体应力增大,桩身入土深度逐渐减小,对桩端处土体的影响范围减小。桩身旋转点逐渐向桩前移动。(3)随着桩身直径的增加,桩端对土体的影响范围逐渐减小并且桩周土体的位移逐渐增大;身沉降逐渐减小,桩身旋转点向桩前移动距离减小;桩身土压力表现为随着桩深逐渐增大。(4)随着土体颗粒刚度的增加,桩周土体颗粒位移逐渐减小,桩端对土体的影响范围逐渐增大;桩身沉降逐渐减小,桩周土体应力增加;桩身受到桩周颗粒的约束,桩身旋转点不明显并且向桩前移动距离减小。(5)随着土颗粒摩擦系数的增加,桩身沉降逐渐减小并且逐渐趋于相等,根据土体力链传递可知桩端对竖向土体压力减小,对桩侧土体压力增大;旋转点逐渐向桩后移动。


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