砂土中靜壓管樁模型試驗及受力性能研究.pdf

1、靜壓樁以其安全性、對環(huán)境影響小、施工便捷等特點，得以在工程中大量應用。靜壓樁在壓入和加載過程中，會對樁周土體的應力、密度等產(chǎn)生影響。本文利用鑲嵌界面土壓力計的試驗方法，結(jié)合半解析半數(shù)值法，通過考慮靜壓大變形、砂土狀態(tài)相關(guān)剪脹特性，建立數(shù)值模型，研究了砂土地基中管樁在靜壓和隨后的水平加載下樁體受力特性。主要研究內(nèi)容和取得研究成果包括：
　　1.研制了靜壓模型樁豎向、水平自動加載系統(tǒng)及落砂設(shè)備
　　研制和改進了用于樁體靜壓和水平

2、加載的試驗系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用PLC伺服電動缸控制，實現(xiàn)自動、穩(wěn)定和精確加載。通過加入水平加載隨動裝置，實現(xiàn)以下加載模式：模擬靜壓樁在恒定豎向荷載和恒定加載速率的貫入；模擬樁體在壓入后施加不同加載方式的水平荷載；模擬貫入后對樁體施加豎向、水平向聯(lián)合荷載。研制了落砂裝置，該裝置能制備出均勻、重復性好、廣泛密實度的砂樣，基于該裝置通過試驗得出了砂樣密實度與落距、開口孔徑的相關(guān)性規(guī)律。
　　2.提出一種半解析半數(shù)值方法，用于模型試驗靜壓樁的

3、受力變形分析
　　以B樣條函數(shù)假設(shè)樁周荷載分布規(guī)律，采用數(shù)值法求靈敏度矩陣，基于模型試驗測出的各點應變修正靈敏度矩陣，推導出樁周摩阻力和側(cè)壓力。通過試驗和理論分析得出了靜壓過程中樁側(cè)壓力隨著靜壓貫入、卸載時樁側(cè)壓力的變化規(guī)律：貫入深度較大樁側(cè)為正摩阻力，貫入深度較小以及軸力卸載至一定值時樁側(cè)為負摩阻力，樁側(cè)摩阻力和側(cè)壓力成正比關(guān)系。
　　3.利用鑲嵌界面微型土壓力計模型樁研究靜壓、水平受荷樁的特性
　　研制鑲嵌界面微型

4、土壓力計的模型樁，在標定槽內(nèi)模擬樁周復雜荷載狀態(tài)，提出加載、卸載和重新加載與輸出電信號之間的相關(guān)關(guān)系。樁體靜壓試驗結(jié)果表明，樁端阻力占總阻力比例超過90％，隨著壓樁深度的增大樁端阻力占總阻力比例有下降趨勢；樁側(cè)壓力隨著貫入深度的增大呈非線性增大趨勢，同一深度樁側(cè)壓力隨貫入深度的增大而降低；水平荷載作用下，迎土側(cè)土壓力有峰值，隨著水平荷載的增大，峰值的深度逐漸增大；5.5D深度范圍內(nèi)，背土側(cè)土壓力極小，深度大于5.5D，背土側(cè)土壓力隨著深

5、度和荷載的增大而增大。
　　4.利用大變形理論、CEL顯式積分算法和狀態(tài)相關(guān)砂土本構(gòu)理論分析樁體靜壓和水平加載時的受荷變形特性
　　基于大變形理論，利用耦合歐拉-拉格朗日顯式積分算法，得出狀態(tài)相關(guān)砂土本構(gòu)模型的顯式積分表達式，并將其應用于有限元程序ABAQUS中，提出樁體靜壓和水平受荷數(shù)值分析模型。數(shù)值模擬結(jié)果表明，靜壓貫入過程樁端處土壓力集中，塑性區(qū)范圍、豎向承載力均隨著樁徑的增大而增大；貫入初期，樁端上部為負摩阻力，貫入