地下增層改造條件下黏土材料與混凝土基樁的界面剪切行為.pdf

1、樁是一種應(yīng)用廣泛的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)形式，近年的城市地下空間開發(fā)面臨一項(xiàng)技術(shù)挑戰(zhàn)：如何準(zhǔn)確把握既有結(jié)構(gòu)基樁在下挖增設(shè)地下空間時(shí)的承載性狀。為此，本文以時(shí)間為主線，以樁-土界面剪切行為為紐帶，圍繞樁基礎(chǔ)經(jīng)歷的成樁、正常服役、增層開挖等特征階段，依次分析樁基時(shí)效、開挖卸荷、施工殘余應(yīng)力等效應(yīng)產(chǎn)生的影響，借助數(shù)值模擬、室內(nèi)試驗(yàn)、理論分析等研究手段，研究既有工程樁在增層開挖卸荷前、后的承載性狀，分析和描述各種效應(yīng)的作用機(jī)理。論文主要工作和成果如下：

2、>　　（1）以浙江飯店地下車庫增層改造項(xiàng)目為背景，采用有限元軟件ABAQUS建立平面單樁模型，模擬單樁豎向受壓過程，得出單樁承載力，并與已有數(shù)值模擬結(jié)果對(duì)比，以驗(yàn)證模型的正確性。然后將樁端基巖置換為黏土，轉(zhuǎn)而模擬摩擦樁在軟土材料中的豎向受壓過程，得到摩爾庫倫模型和修正劍橋模型下的單樁承載力，并對(duì)比分析其差異。結(jié)果表明：隨著樁頂荷載的增加，樁側(cè)土工程性質(zhì)越好，側(cè)摩阻力增長幅度越大；當(dāng)土層強(qiáng)弱交替時(shí)，出現(xiàn)側(cè)阻軟化現(xiàn)象；修正劍橋模型的計(jì)算沉降

3、比摩爾庫倫模型更大。
　?。?）通過大型室內(nèi)直剪試驗(yàn)來模擬混凝土樁與粉質(zhì)黏土的界面剪切作用，得出不同休止期后的界面剪切力，同時(shí)觀測(cè)剪切后土顆粒的變化，以此分析界面剪切力的時(shí)效性，并得出時(shí)效性的預(yù)測(cè)公式。結(jié)果表明：隨著休止時(shí)間的延長，剪切力不斷增大；基于對(duì)數(shù)時(shí)間增長模型可將剪切力的增長劃分為三個(gè)階段，其中1d和109d可作為階段分界點(diǎn)；界面正壓力與剪切力初始值密切正相關(guān)，與時(shí)效增長率無明顯相關(guān)性；隨時(shí)間及剪切次數(shù)增長，粉質(zhì)黏土顆粒不

4、斷移位、偏轉(zhuǎn)、剝離，且剝離面積不斷增大。
　　（3）從樁-土相對(duì)位移的角度分析開挖效應(yīng)的作用機(jī)理，得出開挖后樁側(cè)摩阻力分布形式的理論模型。再運(yùn)用有限元軟件ABAQUS進(jìn)行數(shù)值建模分析，通過模擬增層下挖過程，分析開挖深度和寬度對(duì)樁側(cè)摩阻力的影響、以及開挖后側(cè)阻分布形式對(duì)樁基承載力的影響。結(jié)果表明：基坑開挖引致既有基樁受拉，沿樁身上段分布正摩阻力，下段分布負(fù)摩阻力；基于開挖后側(cè)阻沿深度的線性分布假定，建立簡化的5階段計(jì)算模型；隨著開挖

5、深度和寬度的增加，樁基承載力減小，且開挖深度的影響更明顯。開挖后側(cè)阻的存在對(duì)樁極限承載力影響不明顯，但若不考慮其影響，會(huì)低估樁趨于極限狀態(tài)時(shí)的沉降。
　?。?）以下挖增層中的新補(bǔ)入靜壓樁為研究對(duì)象，建立了施工殘余應(yīng)力的理論計(jì)算模型。再運(yùn)用有限元軟件ABAQUS進(jìn)行數(shù)值建模分析，模擬新補(bǔ)預(yù)制樁的壓樁和卸荷過程，得到新補(bǔ)樁卸荷后的樁側(cè)摩阻力以及樁身殘余應(yīng)力，并分析樁端土體和原地下室基坑寬度對(duì)施工殘余應(yīng)力的影響。結(jié)果表明：嵌巖樁的殘余側(cè)