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多年冻土地区钻孔灌注桩竖向承载力研究

王欣  
【摘要】:我国是世界第三大冻土分布国,约22%的国土被多年冻土所占据。多年冻土地区土体冻胀融沉剧烈,冻融循环频繁。在这样恶劣的自然环境下,作为桥梁基础的主要形式之一的钻孔灌注桩,有的整桩冻拔,甚至被拔断,有的不均匀下沉导致了上部结构变形,影响桥梁外型的美观和行车的通顺性。因此,研究多年冻土地区钻孔灌注桩的竖向承载力有着很重要的现实意义。本文介绍了国内外对于冻土学、单桩的荷载传递机理以及桩土接触面单元的研究现状和发展趋势。系统地介绍了多年冻土的工程特性、单桩荷载传递的理论分析方法,总结了目前单桩竖向承载力的计算方法。本文借鉴桩土相互作用的基本理论,考虑多年冻土特殊的物理力学性质,采用目前流行的大型有限元分析软件ANSYS,建立了多年冻土地区桩基冻土相互作用的模型。在此基础之上,本文主要进行了以下三方面的工作:第一,根据有限元模型的计算结果,分析多年冻土地区单桩和周围土体中的应力、应变分布以及单桩的荷载位移曲线。并且通过昆仑山多年冻土桩基试验场的实验桩的数据与有限元模型的计算结果进行对比分析,验证有限元分析的准确性。第二,由于目前的各种参考文献中,对于有限元模型中的各种参数的取值进行具体地阐述的不多。因此本文全面分析了对计算结果影响较大的接触单元实常数,以及模拟土体的D-P材料中的粘聚力、内摩擦角、膨胀角、桩土接触面的摩擦系数对单桩的荷载位移曲线的影响。通过这部分的详细分析可以为今后的有限元模型中参数的选取提供有价值的参考。第三,桩的荷载—沉降关系曲线(P-S曲线)是桩受力特征的宏观表现,因此研究桩的P-S曲线特征是揭示桩受力机理的重要途径之一,本文考察了桩长、桩径、桩的长径比、桩体的弹性模量、泊松比、以及桩端土体的弹性模量变化时,对桩的P-S曲线的影响。通过这部分的分析将对多年冻土地区桩基础的设计有重要的参考价值。


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