基于有限元強(qiáng)度折減法的單樁水平極限承載力研究.pdf

1、樁基礎(chǔ)是目前土工程建設(shè)中普遍采用的深基礎(chǔ)，這當(dāng)然與它本身的承載能力高、支承剛度大、沉降量小且均勻密不可分。樁基礎(chǔ)的作用主要是將其承受的外力作用傳遞給地基深處，這樣就分擔(dān)了地基的壓力提高了其承載能力，減少了地基的壓縮沉降。承受水平荷載作用的樁基，其水平極限承載能力由樁周土的性質(zhì)、樁身的材料、樁頂以及樁端約束條件、樁的抗彎剛度和樁的入土深度等因素綜合確定。樁基水平承載力的確定方法可以采用對(duì)數(shù)增量法，近年來(lái)隨著強(qiáng)者折減原理的發(fā)展也逐漸被用來(lái)確

2、定樁基的極限承載力，用此方法確定樁基的極限承載力與對(duì)數(shù)增量法確定的樁基的極限承載力誤差不是很大，但后者有其獨(dú)特的物理力學(xué)意義。
　　強(qiáng)度折減法原理最開始是在邊坡工程中采用的一種計(jì)算邊坡穩(wěn)定性系數(shù)F的一種有限元中的方法，該方法現(xiàn)已成功應(yīng)用于邊坡工程穩(wěn)定性分析。但是在地基基礎(chǔ)、隧道工程中的應(yīng)用才開始進(jìn)入起步階段，目前眾多學(xué)者嘗試用強(qiáng)度折減法計(jì)算地基承載力和隧道穩(wěn)定性分析。有學(xué)者已經(jīng)用強(qiáng)度折減原理成功地模擬了豎向受荷樁基的極限承載能力，

3、目前還沒有學(xué)者探討強(qiáng)度折減原理在水平受荷樁基的研究，這當(dāng)然與樁的水平極限承載力計(jì)算目前還沒有很明確的計(jì)算方法有很大的關(guān)系，本文嘗試著用強(qiáng)度折減法研究樁基的水平承載力。
　　本文首先對(duì)樁基理論做了一個(gè)基本的回顧，系統(tǒng)地介紹了水平承載力樁基的理論及進(jìn)展，以及各自的優(yōu)勢(shì)。然后重點(diǎn)介紹了強(qiáng)度折減法的原理以及應(yīng)用，詳細(xì)討論了強(qiáng)度折減法在樁基極限承載力的計(jì)算過程。其次簡(jiǎn)單介紹了數(shù)值計(jì)算的基本原理以及有限元計(jì)算軟件MIDAS/GTS的簡(jiǎn)單應(yīng)用。

4、最后結(jié)合工程實(shí)例（人工填土地基樁），使用強(qiáng)度折減法，運(yùn)用MIDAS/GTS軟件，模擬樁基的承載能力，結(jié)合工程實(shí)測(cè)試驗(yàn)驗(yàn)證強(qiáng)度折減法計(jì)算樁基承載能力的可行性。
　　論文的主要工作采用強(qiáng)度折減法分析樁基水平極限承載力，模擬樁基的水平變形特性，研究基于強(qiáng)度折減法下樁基水平承載力的極限值。通過對(duì)樁基的模擬得到如下結(jié)論:
　　(1)用MIDAS/GTSNX軟件對(duì)水平受荷樁基進(jìn)行建模求解，樁基與土層的單元類型均采用實(shí)體單元，樁土接觸模擬

5、采用了平面接觸單元進(jìn)行模擬，樁頂施加水平集中荷載分10步進(jìn)行加載，四周土體施加單向約束，底層土體施加三向約束，最后成功分析了其受載特性。根據(jù)計(jì)算的結(jié)果本文提取了樁基的荷載—位移值，畫出了水平荷載作用下樁基樁頂?shù)乃轿灰魄€，其曲線有一定的非線性。該曲線與實(shí)測(cè)的2號(hào)樁基曲線基本一致，模擬結(jié)果基本可以反映現(xiàn)場(chǎng)樁基的受力情形。
　　(2)對(duì)水平受荷樁基的荷載—位移曲線進(jìn)行了整理，得到了水平受荷樁基的對(duì)數(shù)荷載—位移曲線。并用對(duì)數(shù)荷載增量法

6、確定其樁基水平承載力極限值為862kN，此時(shí)所對(duì)應(yīng)的水平位移接近50mm，當(dāng)荷載為800kN時(shí)模擬得到的最大水平位移46mm。
　　(3)用強(qiáng)度折減系數(shù)分別對(duì)幾個(gè)土層的強(qiáng)度參數(shù)進(jìn)行了強(qiáng)度折減，對(duì)所對(duì)應(yīng)折減系數(shù)的水平位移值進(jìn)行了求解。對(duì)所得的結(jié)果進(jìn)行了數(shù)據(jù)處理得到了水平受荷樁基的折減系數(shù)—位移曲線，其曲線在折減系數(shù)為1.1時(shí)出現(xiàn)了拐點(diǎn)，并按照其拐點(diǎn)最終確定了樁基的水平極限承載能力為880kN，這與這與對(duì)數(shù)法確定的水平極限承載力862