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考虑软粘土结构性损伤的静压桩沉桩规律分析

姜珂  
【摘要】: 由于静压桩具有桩身的质量易于保证和检查,价格相对较低,以及施工工效高,无泥浆、噪音污染等优势,目前已成为我国工业与民用建筑中,特别是软土地基上高层建筑中广泛采用的桩型之一。但静压桩也有其相对缺点,那就是它为排土桩,如果对挤土效应没有采取足够的措施,则容易对周边环境造成不利的影响。随着人们环保意识的不断增强,对静压桩挤土带来的环境问题也越来越引起人们的重视。尽管对沉桩规律的研究国内外学者都作了大量工作,但研究成果仍有不尽人意之处。 本文在总结了国内外众多学者研究工作的基础上,认为在对桩周土体的应力位移以及超静孔隙水压力的分析中应考虑土体自身结构特性及力学特性的影响。这是因为天然软粘土通常具有一定的结构特性,在力学上表现为加工软化材料,而已往的分析中常常认为土体为加工硬化材料。采用硬化规律分析的桩周土体的应力位移以及超静孔隙水压力分布规律与采用软化模型分析的桩周土体的应力位移和超静孔隙水压力分布规律显然是不同的。 从软粘土的结构特性与力学特性出发,本文主要作了以下工作: 首先,对软粘土的结构特性以及微观结构特性的宏观力学表现分别从压缩曲线特性、固结系数的变化、超静孔隙水压力分布特点以及应力应变曲线特征等方面进行详细的对比和分析,了解不同结构强度对软土力学特性影响的规律。 其次,将软粘土峰值应力后应变软化现象视为是由于土体微观结构破损所导致的不可逆结果,从连续介质损伤力学的角度来分析结构性软粘土的破坏过程。根据土体颗粒在受力过程中克服粒间联结力以及摩擦阻力所产生的滑移与金属晶体位错的热激活过程具有相似率,建立起土体微观结构损伤的演化规律,并在假设土体为各向同性损伤条件下,将损伤演化规律纳入土体的本构方程,从而建立起能反映结构性土体应变软化特性的弹塑性损伤本构模型。 第三,将应力应变曲线简化为线性模型,以三段直线分别近似替代峰值应力前的弹性阶段,峰值应力后的软化阶段,以及应力不变应变无限增长的塑性阶段;应变软化过程为应力逐渐降低而应变不断增加的线性软化过程,不是峰值应力后的应力跌落现象。在此简化的线性软化模型基础上,应用柱孔扩张理论对桩周土 体的应力场、位移场以及超静孔隙水压力的产生和消散进行求解,分析土体的结 构特性对桩周士体的应力场、位移场以及超静孔隙水压力分布的影响规律。 最后,对结构性软土中双桩相互作用时,桩间土体的应力和位移进行了分析。 在此基础上定性分析了群桩沉桩时的两个特例。分析了先沉人桩的屏蔽作用以及 群桩沉入时引起应力的集中现象,并对工程中采取的措施作出说明。 本文的研究工作表明,软粘土的结构性对桩周土体的应力场和位移场以及超 孔隙水压力的分布产生影响,土体的结构性损伤会使桩周土体中的应力相对减 小:在考虑土体结构性损伤条件下的桩周土体的位移比不考虑土体结构性受损条 件下的桩周士体位移要大;结构性增加了土体的强度,要克服由于结构性而增加 的强度,土体将产生较高的超静孔隙水压力值。


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