锥形桩尖贯入砂土地层引起变形性状与承载特性研究

来源 :上海交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yigenjin2009
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静压桩具有无噪声、无污染、振动小的特点,近年来在软弱土质为主的沿海大中城市得到了越来越广泛的应用。静压桩贯入过程中会引起周围土层变形,土体受挤压产生的侧向变形会对周围地下结构产生附加应力,桩端土体冲剪破坏后强度变低,地表的隆起也会对周围环境造成不利影响。特别是对于带桩尖的桩,其对土的影响与通常研究的平底静压桩略有不同。本研究以不同角度桩尖的静压桩为研究对象,运用室内试验和颗粒流数值模拟相结合的方法,分析了不同角度桩尖静压桩贯入过程中所引起的土体变形性状和承载特性。本研究的主要内容和成果如下:(1)不同桩尖角度对贯入试验的影响机理:利用标准静力触探试验仪,通过模型试验箱进行了贯入试验的研究,确认了桩尖角度对地表、端部变形以及贯入阻力的影响。贯入初期,桩对土的影响范围较小,随着贯入的深入,影响范围逐渐扩大。同一贯入深度下,随着锥角的增大,地表土受影响的范围增大,地表最大隆起量也随之增大。90°、120°和150°端部土层出现了约1.5倍桩宽度的“变形平台”,而30°和60°桩无此现象。总体来看,纯砂中,一定深度范围内,锥尖阻力随深度呈线性增加,而锥侧阻力则随深度呈现阶梯式增大。同一深度下,锥角越大,锥尖阻力越大,而侧壁摩阻力基本不随锥角发生变化。(2) PFC离散元数值模拟研究:利用离散元软件,对不同桩尖角度的贯入试验进行数值模拟,分析了不同角度桩尖作用下,土体位移场、桩端阻力和应力场的变化规律,并进一步分析了模型参数的影响。贯入时,土体的水平位移呈现半圆形对称分布,大小同土体距离桩侧的距离成反比;桩角较小时,竖向沉降主要集中在桩端两侧附近的土体,桩侧沉降量比较小。随着桩角增大,水平位移的影响范围逐渐向土体深处偏移;土体沉降则主要集中在桩端底部以及紧贴桩侧中下部的附近小范围土体内。对每一种锥角的桩,桩端阻力总体来说随着贯入深度的增加而增大。而对于不同角度的桩,在同一深度,桩端贯入阻力则随着桩角的增大而增大。土体应力分布既跟桩角大小有关,也跟桩径大小有关。总的来说,桩角较小、桩径较大时,土体为应力集中区域为两个,分别位于桩尖的两侧;桩角较大、桩径较小时,土体应力集中区域仅有一个,且分布于桩端底部。整个贯入过程中,桩径的改变对桩尖阻力影响不大。在同一深度时,随着桩径增大,桩端阻力增大。在同一桩径和同一桩角时,贯入速度对土体应力场的分布影响不大。同一深度时,贯入速度越快,其所受的桩尖阻力越大。
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