高回填黄土场地基桩受力特性时空效应分析

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黄土高原地区“千沟万壑,支离破碎”、山多地少,土地资源紧缺成为城市建设及交通综合枢纽发展的最大瓶颈。为了缓解西部黄土高原地区城市用地的紧张局势,削山、填沟造地成了解决这一问题的重要途径,这将不可避免的出现大厚度大面积填土场地。为了解决高回填场地地基承载力不足等问题,高回填场地的桩基础工程应用越来越广泛,高回填场地大长直径桩基础工程应运而生。为了对高回填黄土场地基桩的受力特性进行时空效应研究,本文从不同桩顶荷载、桩径大小和填土厚度三方面入手,考虑桩周填土沉降变形的时间效应,采用有限差分软件FLAC3D与3D造型软件Rhino相结合的方法对实体基桩模型桩-土位移和受力特性进行分析。主要研究工作包括以下几方面:1、采用3D造型软件Rhino建立实体基桩模型,并利用全交互式通用网格生成插件Griddle生成模型网格。同时为了解决FLAC3D软件中不能直接得到实体单元内力的瓶颈,以材料力学中的应力积分法和桩轴挠曲线方程计算截面内力为基础,结合fish语言,编制提取截面内力的代码:FSD(以截面应力积分法为基础)和FDD(以桩轴形变为基础)。充分利用软件内置的测线工具提取桩-土相对位移来分析基桩中性点深度的变化规律。2、在进行高回填黄土场地不同桩顶荷载的基桩受力特性分析时,保持填土厚度为10m、桩径为1m和嵌岩深度为3m不变的条件下,分别在桩顶施加0、0.5MPa、1MPa、2MPa、3MPa和5MPa的桩顶荷载,进行桩-土位移及桩身内力的变化分析。分析表明,桩顶位移随时间先缓慢增加后加速增大到最终平衡,桩顶位移最终值随桩顶荷载的增加而增加;中性点深度随时间先加速增长后趋于平衡,中性点深度最终值随桩顶荷载的增加而减小。在中性点深度不断下移的过程中,桩身内力也逐渐增加,桩身最大轴力最终值随桩顶荷载的增加而增加;但是桩端阻力的发展要滞后于中性点深度和桩身内力的变化,桩端阻力随时间先缓慢增加后加速变化最终趋向稳定,桩端阻力最大值随桩顶荷载的增加而增加,且桩端阻力附加值与桩顶荷载呈正相关。3、在进行高回填黄土场地不同桩径的基桩受力特性分析时,保持填土厚度为10m、桩顶荷载为1000kN和嵌岩深度为4m不变的条件下,对桩径大小为1m、1.5m、1.8m和2m的基桩进行桩-土位移及桩身内力的变化分析。分析表明,由于桩-土的相互作用,不同桩径基桩的桩顶位移随时间的变化规律存在一定的差异性,桩径小的基桩要早于桩径大的基桩达到平衡,但是均小于填土沉降变形达到平衡所需的时间,桩顶位移最终值随桩径的增加而减小;中性点最终深度与桩径大小呈负相关,但均接近填土与持力层交界面。桩径大的桩身最大轴力最终值要大于桩径小的基桩,且桩端阻力最终值也随桩径的增大而增大,但是桩端应力随桩径的增大而减小。4、在进行高回填黄土场地不同回填厚度的基桩受力特性分析时,保持桩径为2m、桩顶荷载为1MPa和嵌岩深度为6m不变的条件下,对填土厚度为10m、15m、20m和25m的基桩进行桩-土位移及桩身内力的变化分析。分析表明,不同填土厚度下桩周填土达到沉降变形平衡所需要的时间不尽相同,随填土厚度的增加而增加。桩顶位移随时间先缓慢增加后加速增大到最终平衡,桩顶位移最终值随填土厚度的增加而增加;中性点深度随时间先加速增长后趋于平衡。桩身轴力最大值随时间先加速增长后趋向稳定,待桩周填土沉降变形稳定后,桩身最大轴力随填土厚度的增加而增加。
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