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“西部大开发”战略和“一带一路”政策的落实，促使我国西部山区的高速公路及铁路工程发展迅速，部分路线将不可避免地穿越崇山峻岭。然而，修建高速公路或铁路时，不仅要考虑山区复杂地质条件以保证工程安全，还要减少生态破坏，因此许多路段采用半路半桥形式沿陡坡行进或采用全高架桥形式跨越山区，桥梁桩基不得不建造在陡坡上。相比于平地桩基，陡坡段桥梁桩基的受荷及变形特性复杂得多，我国现行规范尚无对应的内力及变形计算方法。为此，本文依托交通部西部交通建设科技项目“高陡横坡条件下桩柱式桥梁设计与施工技术研究”及交通部科技计划项目“《公路桥涵地基与基础设计规范》修订”，进一步探究陡坡段桥梁桩基的承载机理及受力变形特性等，以完善陡坡段桥梁桩基设计理论及方法。
本文首先介绍应变楔理论的基本原理，并借助有限元软件建立三维水平受荷单桩模型。通过分析桩周土体的应变等值线云图，验证应变楔的存在，进而确定应变楔基本参数，总结出规律性结论：随着桩顶水平荷载的增大，边界应变值增大；应变楔长度及深度均呈增大的趋势，且幅度相近。随着土体内摩擦角的增大，边界应变值增大；应变楔长度与深度均呈减小的趋势，且幅度相近；伞角也未有明显变化。
其次，对比抗滑桩及陡坡段桥梁基桩承载机理，进行抗滑桩稳定性及合理桩间距研究；并通过有限元极限分析软件探讨临坡水平受荷刚性桩破坏模式；在此基础上，针对荷载指向坡外及坡内的两种工况，分别提出相应的桩前土体极限破坏模式，进而推导出极限承载力。研究表明：临坡刚性桩水平极限承载比随粘聚力的变化不大，随坡角增大而减小；不同内摩擦角条件下的水平极限承载比-坡度曲线近乎直线，界限比较分明。水平极限承载比随临坡距的增大呈非线性增大，达到临界临坡距后，承载比将与临坡距的增加无关。
再次，引入可综合考虑“P-Δ”效应、桩土相互作用及地基剪切模量的改进有限杆单元方法；结合平地应变楔理论及斜坡地基水平极限承载力模型，提出适用于坡顶处水平受荷桩分析的修正应变楔模型以确定地基水平抗力，并提出对应的设计计算方法；在此基础上，引入土楔理论考虑坡腰处桥梁基桩可能承受的侧向土压力，提出适用于坡腰处水平受荷桩分析的力学模型及计算方法。计算结果表明：折减地基比例系数法(m′=1/2m)是一种简单实用的陡坡段桥梁基桩分析计算方法，适用于预测低水平荷载下基桩位移，尽管会低估高水平荷载下基桩位移。此外，修正应变楔方法计算结果比m法及m′=1/2m法更贴近数值模拟结果。
最后，根据陡坡段桥梁基桩承载特性，建立考虑桩后土压力的复杂荷载下陡坡段桥梁单桩简化模型；并引入Pasternak双参数以考虑土体剪切模量，推导单桩内力及位移有限差分解。针对陡坡段桥梁双桩的承载特性，考虑桩-土-桩相互作用、桩顶变形协调及边界条件，建立适用于陡坡段桥梁双桩基础内力及位移分析的简化模型；并综合考虑“P-Δ”效应、连系梁的影响以及相邻特征段满足的连续条件，推导陡坡段桥梁双桩基础内力及位移有限差分解。
本文首先介绍应变楔理论的基本原理，并借助有限元软件建立三维水平受荷单桩模型。通过分析桩周土体的应变等值线云图，验证应变楔的存在，进而确定应变楔基本参数，总结出规律性结论：随着桩顶水平荷载的增大，边界应变值增大；应变楔长度及深度均呈增大的趋势，且幅度相近。随着土体内摩擦角的增大，边界应变值增大；应变楔长度与深度均呈减小的趋势，且幅度相近；伞角也未有明显变化。
其次，对比抗滑桩及陡坡段桥梁基桩承载机理，进行抗滑桩稳定性及合理桩间距研究；并通过有限元极限分析软件探讨临坡水平受荷刚性桩破坏模式；在此基础上，针对荷载指向坡外及坡内的两种工况，分别提出相应的桩前土体极限破坏模式，进而推导出极限承载力。研究表明：临坡刚性桩水平极限承载比随粘聚力的变化不大，随坡角增大而减小；不同内摩擦角条件下的水平极限承载比-坡度曲线近乎直线，界限比较分明。水平极限承载比随临坡距的增大呈非线性增大，达到临界临坡距后，承载比将与临坡距的增加无关。
再次，引入可综合考虑“P-Δ”效应、桩土相互作用及地基剪切模量的改进有限杆单元方法；结合平地应变楔理论及斜坡地基水平极限承载力模型，提出适用于坡顶处水平受荷桩分析的修正应变楔模型以确定地基水平抗力，并提出对应的设计计算方法；在此基础上，引入土楔理论考虑坡腰处桥梁基桩可能承受的侧向土压力，提出适用于坡腰处水平受荷桩分析的力学模型及计算方法。计算结果表明：折减地基比例系数法(m′=1/2m)是一种简单实用的陡坡段桥梁基桩分析计算方法，适用于预测低水平荷载下基桩位移，尽管会低估高水平荷载下基桩位移。此外，修正应变楔方法计算结果比m法及m′=1/2m法更贴近数值模拟结果。
最后，根据陡坡段桥梁基桩承载特性，建立考虑桩后土压力的复杂荷载下陡坡段桥梁单桩简化模型；并引入Pasternak双参数以考虑土体剪切模量，推导单桩内力及位移有限差分解。针对陡坡段桥梁双桩的承载特性，考虑桩-土-桩相互作用、桩顶变形协调及边界条件，建立适用于陡坡段桥梁双桩基础内力及位移分析的简化模型；并综合考虑“P-Δ”效应、连系梁的影响以及相邻特征段满足的连续条件，推导陡坡段桥梁双桩基础内力及位移有限差分解。