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桩土界面特性及其对灌注桩竖向承载性状影响的试验研究与数值分析

作 者: 占川
导 师: 王成华
学 校: 天津大学
专 业: 结构工程
关键词: 泥皮 大型直剪仪 界面力学特性 模型试验 ABAQUS
分类号: TU473.1
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
下 载: 4次
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内容摘要


钻孔灌注桩施工一般均采用泥浆护壁,泥浆水位一般是高于地下水位的,泥浆中的粘粒就会吸附在土壁上并在水压力作用下向土体内部渗透,这样在孔壁上就形成泥皮。泥皮具有表面润滑,含水量高,压缩性低,强度低等特点,降低桩土间的摩擦阻力,从而影响桩基的竖向承载性状。本文通过试验和数值分析两方面研究泥皮对桩基竖向承载力的影响规律。本文通过自行研制的大型应力式直剪仪,研究混凝土面上泥皮、凸面和凹面等因素对界面力学特性的影响规律。试验结果表明:泥皮的存在降低了桩-土界面的强度,降低量随法向应力的变化变幅很小;凸面的存在提高桩-土界面的强度,提高量随法向应力的增加而减小;凹面的存在使得桩-土界面强度值有所提高,但程度很小,并且其增量随法向应力的变化不明显。本文通过现场模型试验,探讨了泥皮对灌注桩竖向承载力的影响规律。试验结果表明:泥皮对单桩竖向承载性状的影响在低荷载下可以忽略不计,当荷载超过一定值时,泥皮使得单桩竖向沉降增大,且随着荷载的增加,沉降增量也增加;泥皮的存在,降低了单桩竖向承载力,降低幅度约15%。本文通过大型有限元软件ABAQUS建立含泥皮的三维灌注桩模型,分析了含泥皮灌注桩和正常桩承载特性的差异及其原因,同时研究泥皮厚度、弹性模量、强度指标、界面强度指标对桩基竖向承载力的影响规律。分析结果表明:泥皮降低了桩-土界面的摩擦阻力,从而减小了单桩的竖向承载力。泥皮厚度的增加及弹性模量的减小,主要是降低了桩-土界面的法向应力,从而减小桩基的竖向承载力;桩侧极限侧摩阻力值是桩-泥皮界面强度和桩侧泥皮强度的较小者,桩-泥皮界面内摩擦角及粘聚力和泥皮内摩擦角及粘聚力对桩基竖向承载性状的影响主要表现在对桩侧极限摩阻力的影响。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-6
目录  6-8
第一章 绪论  8-16
  1.1 问题的提出  8
  1.2 研究现状  8-14
    1.2.1 界面力学特性的研究现状  8-13
    1.2.2 含泥皮灌注桩承载特性研究现状  13-14
  1.3 本文的主要研究内容及创新之处  14-16
    1.3.1 主要研究内容  14
    1.3.2 本文主要创新之处  14-16
第二章 桩—土界面特性的试验研究  16-27
  2.1 概述  16
  2.2 大型直剪仪的研制  16-19
  2.3 试样制备  19-20
  2.4 试验内容及步骤  20-21
    2.4.1 试验内容  20-21
    2.4.2 试验操作步骤及水平加载制度  21
  2.5 试验成果分析  21-26
    2.5.1 剪切特性分析  21-23
    2.5.2 抗剪强度分析  23-26
  2.6 本章小结  26-27
第三章 考虑泥皮影响的灌注桩现场模型试验研究  27-38
  3.1 概述  27-28
  3.2 场地工程地质概述  28-29
  3.3 试验主要内容  29-31
    3.3.1 含泥皮灌注桩的制作  29-30
    3.3.2 正常灌注桩制作流程  30
    3.3.3 灌注桩的竖向抗压静载试验  30-31
  3.4 试验成果分析  31-37
    3.4.1 模型桩极限承载力的确定  31-36
    3.4.2 承载性状分析  36-37
  3.5 本章小结  37-38
第四章 基于 ABAQUS 软件分析桩土相互作用的相关理论介绍  38-46
  4.1 本构模型  38-41
    4.1.1 线弹性模型  38-39
    4.1.2 Mohr-Coulomb 模型  39-41
  4.2 ABAQUS 中的接触面模型  41-42
    4.2.1 接触面的接触特性  41
    4.2.2 接触面的力学特性  41-42
  4.3 初始地应力的平衡  42-43
  4.4 ABAQUS 中的单元生死功能  43-44
    4.4.1 单元的移除  43-44
    4.4.2 单元的激活  44
  4.5 ABAQUS 中截面合力、弯矩及接触面合力的提取  44-46
    4.5.1 截面合力和弯矩的提取方法  44
    4.5.2 接触面合力的提取  44-46
第五章 泥皮对单桩竖向承载性状影响的数值分析  46-73
  5.1 有限元模型的建立及参数的选择  46-48
    5.1.1 模型部件的建立及参数的确定  46-47
    5.1.2 分析步的建立  47
    5.1.3 荷载及边界条件的施加  47
    5.1.4 接触面破坏位置的判定  47-48
    5.1.5 网格划分及单元选取  48
  5.2 有限元结果分析  48-72
    5.2.1 正常桩结果分析  48-50
    5.2.2 泥皮桩(含泥皮桩的简称)结果分析  50-54
    5.2.3 泥皮厚度对单桩承载力的影响规律  54-57
    5.2.4 泥皮弹性模量对单桩承载力的影响分析  57-59
    5.2.5 泥皮强度及界面强度参数对泥皮桩承载力的影响  59-72
  5.3 本章小结  72-73
第六章 结论与展望  73-75
  6.1 结论  73-74
  6.2 展望  74-75
参考文献  75-79
发表论文与参加科研情况  79-80
致谢  80

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 土力学、地基基础工程 > 地基基础 > 桩基及深基础 > 桩基
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