側(cè)向受荷樁模型試驗(yàn)與顆粒流分析.pdf

1、采用室內(nèi)模型試驗(yàn)和顆粒流(PFC2D)數(shù)值分析方法對(duì)砂土中的側(cè)向受荷樁性狀進(jìn)行了較為深入的研究。首先對(duì)側(cè)向受荷載樁理論研究進(jìn)行了系統(tǒng)歸納和總結(jié)，并對(duì)最近的相關(guān)模型試驗(yàn)成果及數(shù)值分析研究進(jìn)展進(jìn)行了介紹，之后發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)的研究都無(wú)例外的將焦點(diǎn)放在樁身上，而對(duì)樁周的土體則缺少應(yīng)有的關(guān)注。而實(shí)際上，樁的側(cè)向受荷性狀在很大程度上取決于樁周土體的變形破壞特性，樁的側(cè)向受荷過(guò)程是一個(gè)樁土相互作用過(guò)程，研究側(cè)向受荷樁樁土相互作用問(wèn)題不能忽略

2、土的一面。本文即重點(diǎn)關(guān)注側(cè)向荷載作用下樁與樁周土的變形破壞過(guò)程，在室內(nèi)模型試驗(yàn)中采用數(shù)字照相無(wú)標(biāo)點(diǎn)變形量測(cè)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目的，結(jié)合樁身土壓力、樁頂荷載及樁頂位移的量測(cè)，研究了樁周土體的變形和破壞對(duì)側(cè)向受荷樁性狀的影響。在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)二維顆粒流程序進(jìn)行二次開發(fā)，借助顆粒流理論在處理土與結(jié)構(gòu)物的相互作用、大變形與破壞等方面的優(yōu)勢(shì)和能模擬砂土顆粒細(xì)觀特性等特點(diǎn)，模擬樁側(cè)向受荷試驗(yàn)結(jié)果并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行合理的延伸，進(jìn)一步揭示樁土

3、相互作用過(guò)程中樁周土體所扮演的角色，從而更全面地理解樁土相互作用機(jī)理。根據(jù)樁基與樁周土體的相互作用，側(cè)向受荷樁可分為兩大類，即主動(dòng)樁(activive pile)和被動(dòng)樁(passive pile)，本文圍繞這兩種類型的樁展開研究。首先對(duì)砂土中受水平荷載作用的樁頂自由短樁(主動(dòng)樁)進(jìn)行了研究。給出了樁頂荷載～位移關(guān)系，樁身位置隨樁頂荷載的變化，樁身土壓力分布及其隨樁頂荷載的變化等樁的側(cè)向受荷性狀，結(jié)合樁周土體位移分布與發(fā)展及

4、破壞、應(yīng)力分布與發(fā)展等對(duì)相關(guān)的樁受荷性狀進(jìn)行了解釋，從而對(duì)樁的受荷性狀有了更深的理解，給出了砂土中樁頂自由短樁側(cè)向受荷情況下較完整的變形和破壞模式及極限土壓力分布模式。對(duì)相應(yīng)情況下樁在水平面上的性狀進(jìn)行了研究，從樁周土體變形的角度觀測(cè)了雙樁之間的相互作用，給出了樁間距對(duì)樁一土一樁相互作用影響的變化規(guī)律。被動(dòng)樁是指承受土體水平位移的樁，為了對(duì)其性狀進(jìn)行研究，必需讓土體產(chǎn)生水平的位移。為了能較明確地知道土體水平位移的大小和分布

5、范圍，我們?cè)O(shè)計(jì)采用千斤頂水平推移剛性擋墻的方法來(lái)使土體水平移動(dòng)。因此首先研究了無(wú)樁情況下的剛性擋墻問(wèn)題，在模型試驗(yàn)過(guò)程中觀測(cè)了剛性擋墻后土體位移與破壞過(guò)程，分析了其對(duì)擋墻承載力的影響。并進(jìn)一步計(jì)算了不同移動(dòng)方式擋墻后土壓力的分布與發(fā)展規(guī)律，并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。在剛性擋墻后的土體中插入樁，由剛性擋墻產(chǎn)生水平的土體位移。給出了擋墻荷載～位移關(guān)系，樁項(xiàng)位移對(duì)擋墻位移的響應(yīng)規(guī)律等，研究了樁的插入對(duì)砂土的加強(qiáng)效果與砂土密實(shí)度及樁

6、的插入位置等的關(guān)系。這些結(jié)果與墻后樁周土體的位移和破壞觀測(cè)結(jié)果的對(duì)比表明，仍然是砂土的變形和破壞決定了樁的受荷性狀。此外，對(duì)平行荷載方向豎向剖面上的砂土破裂面隨著其距離樁的遠(yuǎn)近變化規(guī)律進(jìn)行了研究；同時(shí)對(duì)單樁、不同間距的雙樁樁周土體在水平面上的變形進(jìn)行了觀測(cè)，討論了它們與樁受荷性狀的關(guān)系。當(dāng)墻高、樁長(zhǎng)及樁一墻之間的距離發(fā)生變化是，樁的受荷載性狀將發(fā)生顯著變化，本文在應(yīng)用顆粒流模擬試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，對(duì)上述關(guān)系變化情形下的樁身受