基于統(tǒng)一強度理論的樁基擴孔問題彈塑性分析.pdf

1、擠密樁、靜壓樁、沉管樁等具有擠密、擠土效應(yīng)的施工方法是國內(nèi)外工程界最常用的和最有效的常規(guī)地基處理方法，這些施工技術(shù)可以更好地改良土質(zhì)，形成復(fù)合地基，達到提高地基承載能力的目的。它們所涉及的工程原理都屬于樁基擴孔問題，因此，開展樁基擴孔過程中孔周土體的應(yīng)力場和位移場分布的理論研究有重要的理論意義和工程應(yīng)用價值。 目前，在樁基擴孔問題上的研究，大多是限于對其各種工程技術(shù)和不同土質(zhì)處理方式方面的研究，但是對樁基擴孔過程中孔周土體的應(yīng)力

2、變化和隨應(yīng)力變化發(fā)生的孔周土體擠密機理研究卻甚少涉及。同時，樁基擴孔過程中，孔周土體的應(yīng)力場變化及其相應(yīng)的土體塑性變形理論研究還很不完善，在以往的理論推導(dǎo)過程中多采用Tresca、Mohr-Coulomb等強度準則，沒有考慮中間主應(yīng)力和土壤SD效應(yīng)的影響，致使其計算結(jié)果往往與實際情況不符。因此，本文采用統(tǒng)一強度理論和孔擴張理論對樁基擴孔中孔周土體的應(yīng)力場和位移場進行彈塑性理論分析。 在粘性土中，假設(shè)樁周土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系為理想的彈

3、塑性模型，并認為土壤材料在塑性狀態(tài)服從統(tǒng)一強度屈服準則，粘性土的彈塑性區(qū)均采用小應(yīng)變理論。 使用新的統(tǒng)一強度理論分別對樁基擴孔問題單樁和群樁兩種情況下的平面應(yīng)力場和平面應(yīng)變場進行了理論推導(dǎo)，系統(tǒng)得給出了用以描述樁基擴孔行為的一系列新的解析式，單樁情況下所得解析式是群樁情況下所得解的特例。 該過程考慮了土壤材料SD效應(yīng)(拉壓性能不同)和中間主應(yīng)力效應(yīng)，并可根據(jù)以上兩種效應(yīng)參數(shù)的確定，解析式均可退化為不同的、全新的用以描述粘

4、性土樁基擴孔行為的新解，文中為便于和以往解析式對比，給出了描述粘性土樁孔擴張行為的Tresca系列解。同時進行了粘性土中統(tǒng)一強度參數(shù)的影響分析。上述取得的理論成果，填補了粘性土中樁基擴孔工程方面的理論空白，可以有效地應(yīng)用于該方面工程問題的理論分析和設(shè)計參考。 在非粘性土中，假設(shè)樁周土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系為理想的彈塑性模型，并認為土壤材料在塑性狀態(tài)服從統(tǒng)一強度屈服準則，在彈性區(qū)、塑性區(qū)分別采用小應(yīng)變理論和大應(yīng)變理論進行分析，將非粘性土剪

5、脹角引入塑性環(huán)的大應(yīng)變中，并利用無窮級數(shù)的迭代運算，求得剪脹性土壤的大應(yīng)變孔擴張關(guān)系，當非粘性土形成塑性環(huán)時，則利用非關(guān)聯(lián)流動法則推導(dǎo)出應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系。 通過使用新的統(tǒng)一強度理論分別對非粘性土樁基擴孔問題單樁和群樁兩種情況下的平面應(yīng)力場和平面應(yīng)變場進行了理論推導(dǎo)，系統(tǒng)得給出了用以描述樁基擴孔行為的一系列新的解析式，單樁情況下所得解析式是群樁情況下所得解的特例。 該過程考慮了土壤材料SD效應(yīng)(拉壓性能不同)和中間主應(yīng)力效

6、應(yīng)，統(tǒng)一強度參數(shù)拉壓比α和中間主應(yīng)力影響系數(shù)b的確定，解析式可退化為不同的、全新的用以描述非粘性土樁基擴孔行為的新解，文中為便于和以往解析式對比，給出了描述粘性土樁孔擴張行為的Mohr-Coulomb系列解。同時進行了非粘性土中統(tǒng)一強度參數(shù)的影響分析。 上述取得的理論成果，填補了非粘性土中樁基擴孔工程方面的理論空白，可以有效地應(yīng)用于該方面工程問題的理論分析和設(shè)計參考。 本文對樁基擴孔彈塑性理論進行參數(shù)影響分析，從粘性土和

7、非粘性土的多個參數(shù)出發(fā)，討論了群樁有限邊界的擴孔力-孔擴比關(guān)系，分析了孔擴張過程中樁孔初始半徑、樁孔邊界、初始地應(yīng)力、土壤剪切模量、土壤剪脹角和土壤內(nèi)摩擦角這些因素對樁基擴孔問題中孔擴張行為的影響。 對于粘性土，在相同土壤參數(shù)的前提下，本文理論解與Houlsby試驗值具有較好的一致性和相似性。同樣，對于非粘性土，在相同土壤參數(shù)的前提下，本文理論解相當接近Hughes試驗值，尤其是單樁(即無限邊界)情況下，理論解與試驗值的擬合程度

8、較好，兩者誤差在5％以內(nèi)。同時，通過對上述土壤參數(shù)的影響分析，得出了樁基擴孔過程中孔周土體變形的參數(shù)影響規(guī)律。這些規(guī)律極大地方便了粘性土和非粘性土中樁基擴孔問題影響因素的宏觀定性分析。 本文從內(nèi)摩擦角、剪脹角、泊松比、土壤剪切模量和樁孔邊界五個因素出發(fā)，對樁基擴孔過程中的極限擴孔力進行了影響分析，得到了土壤參數(shù)影響的一般性規(guī)律： 極限擴孔力與內(nèi)摩擦角成正比關(guān)系； 土壤剪脹角對極限擴孔力的影響很??； 泊松比