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1、研究生学位论文桩基荷载传递机理试验研究 及机理分析研究生鲑名指导t 师姓名王法全刘红军喇教授申请学位曩捌砸主专业名称论文备辩日期2 M 5 年哆曼环境工程日学位授予日期2 0 0 s # - 6中国海洋大学桩基荷载传递机理试验研究及机理分析摘要桩基实践中，大部分桩基都是承受竖向荷载。经验表明竖向荷载作用下的桩土之间相互作用问题较为复杂，但是现在对桩基向邻近土体的传递荷载的机理和沉降机理还不是非常明确。对于这个问题的认识，一般通过两个途径，一是现场静载荷试验，二是利用弹性理论及数值计算方法求解，由于后者在计算上的参数不确定性以及现在在数学上不能完善的模拟桩的设置过程，加上计算机时间和费用的限制，
2、因而在理论分析中无法考虑在施加外荷载之前施工过程中在桩土体系中引起的应力位移。另方面，群桩的工作性状是桩土承台共同作用的体系，工，作机理复杂，只有清楚单桩的工作性状才能彻底的理解群桩的工作机理。因此在理论计算的同时，对桩基进行长期的静载荷试验来研究桩基的工作性状显得尤为重要。本文的研究工作主要集中在桩基荷载的传递机理即桩侧摩阻力侧发挥、桩端反力、桩身轴力、承台荷载分担比、沉降计算与预测等几个方面上。研究的采用的思路以及方法为：通过现场试桩试验和长期的群桩观测试验，揭示桩基在设计桩长和实际荷载下的荷载传递以及可能的沉降等特性；以及在实际的荷载下单桩的工作特性与群桩工作特性的区别。根据工程要求，完
3、成了两根试桩的长期静载荷试验。试验对摩擦桩的实际受力状态、实际的荷载发展情况、沉降情况进行了较全面的量测，得出了桩身轴力分布、桩侧摩阻力随时间、荷载、桩土相对位移的分布与发挥情况以及沉降随时间、荷载的发展规律，获得了相应的设计计算参数，为今后的理论计算分析提供依掘。【关键字】桩基萄载，荷载传递，艮期沉降，沉降特性A B S T R A C TI nt h ep r a c t i c eo f p i l ef o u n d a t i o n ，m o s tp i l ec a ne n d u r et h ev e r t i c a ll o a d I ts h o w st h
4、 a tu n d e rt h ev e r t i c a ll o a di n t e r a c t i o nb e t w e e np i l ea n ds o i li sv e r yc o m p l e x N o wi ti sn o tc e r t a i no fl o a dt r a n s f e r r i n ga n ds e t t l e m e n tm e c h a n i c s R e g a r d i n gt h ep r o b l e mt h e r ea r et W Ow a y s ：o n ei ss i t el
5、 o a dt e s t T h eo t h e ri sn u m e r i c a lm e t h o do nt h eb a s i so fe l a s t i ct h e o r y O w i n gt oa n c e r t a i no fl a t e rm e t h o df o rm a t hs i m u l a t i o n ，i tc a nn o tc a l c u l a t et h es t r e s sa n dd i s p l a c e m e n to fi t S oi ti sv e r yi m p o r t a
6、n tt os t u d yw o r k i n gp r o p e r t i e so f p i l ef o u n d a t i o na tt h es a m et i m eo f c a l c u l a t i o n I nt h i st h e s i s ，t h er e s 。e a r c hw o r kf o c u so nt h ee n t i r ep r o c e s so fl o a dt r a n s f e r 、p i l ef r i c t i o n 、p i l e s o i ll o a dr a t i o
7、n 、l j i l es e t t l e m e n t 。T h es t u d yi d e aa n dm e t h o di s ：a c c o r d i n gt oi n s i t ue x p e r i m e n t sa n dl o n g - t e r mo b s e r v a t i o n si tr e v e a lt h et r a n s m i t t i n go f t h el o a da n dp o s s i b l es e d i m e n t a t i o n ，a n dt h ed i f f e r e
8、 n c eb e t w e e nt h eo p e r a t i n gc h a r a c t e r i s t i co fas i n g l ep i l ea n dt h a to f p i l eg r o u p 2 A c c o r d i n gt ot h er e s u l t so f e x p e r i m e n t ，w eg o tt h es o m ec o m p u t a t i o n a lp a r a m e t e rI tc a ng i v es o l i df o u n d a t i o nt ot h
9、ef o l l o w i n gt h r e e d i m e n s i o n a lf i n i t ee l e m e n tc o m p u t a t i o n t h ed i f f e r e n c eb e t w e e nt h eo p e r a t i n gc h a r a c t e r i s t i co fas i n g l ep i l ea n dt h a to fp i l eg r o u p 2 L o n g t e r mo b s e r v a t i o n 粥d o n eo nt h ed i s t r
10、i b u t i o no ft h es t r e s s 、p i l e s o i ll o a dr a t i o na n ds e t t l e m e n t B a s eo nt h el o n g - t e r mo b s e r v a t i o n ，W eh a v ear e s e a r c ho nt h eb e h a v i o r so fp i l eg r o u pu n d e rt h el o a d ，t h el o a d s e t t l e m e n t Sm e c h a n i s mo fs m a
11、l lb r i d g ep i l ec a pa r ee x p l o r e d K E YW O R D ：F i l ef o u n d a t i o nl o a d ，T r a n s f e r r i n go fl o a d ，B e h a v i o r so fp i l e ，S e t t l e m e n tc h a r a c t e r桩基荷载传递机理试验研究及机理分析1 绪论1 1 问题的提出在桩基沉降计算中，单桩沉降计算的主要方法有：( 1 ) 荷载传递分析法，即基于桩的荷载传递函数f s 的方法，理论上存在不足，但一般应用是可以基于实
12、测的桩身轴力分布和沉降得到；( 2 ) 基于弹性理论的方法，一般是基于假定桩一土界面普遍满足弹性即界面不发生滑移这一条件；( 3 ) 剪切变形传递法，理论上局限于弹性条件：( 4 ) 经验法、简化法。群桩沉降计算的主要方法有：( 1 ) 等代墩基础，没考虑桩间土压缩变形对沉降的影响；( 2 ) 弹性理论法；( 3 ) 等效作用分层总和法；( 4 ) 考虑桩群外围剪力的修F 等代墩基法；( 5 ) 原位测试法：( 6 ) 群桩沉降计算的简化与经验方法。总之，桩基沉降计算是一个较为复杂的问题，考虑的因素较多，因而远比天然地基上的基础沉降计算更为复杂。历来研究人员提出了各种理论计算方法，但所得结果都
13、与实际工程相差很大，直到目前尚无一个各方满意的解答。按“桩基规范”推荐的方法计算，其结果将比实际沉降量大，原因在于调整计算结果的沉降计算经验系数的取值上。1 2 桩基计算理论与研究现状按沉降控制桩基设计方法已经在工业与民用建筑上获得一定的成功经验。但工业民用建筑与桥梁桩基有显著的不同。与工业民用建筑相比，桥梁桩基具有荷载大、桩数少、独立小承台等特征。因此，要在借鉴在工民建成功经验基础上，需要对按沉降控制桥梁桩基进行研究。竖向承载桩基在实际工程中多为多根桩及承台构成的群桩基础。对于单桩，桩顶竖向荷载由桩侧摩阻力和桩端阻力共同承受，桩侧摩阻力以剪应力的形式传递给桩周土体，形成了桩土体系；对于群桩，
14、承台将荷载分配到各桩桩顶及承台下的地基土上，形成了承台桩土共同承载的体系。虽然说单桩桩土体系的受力变形性状与群桩的承台桩群一土体系并不完全相同，但单桩沉降性状的研究桩基荷载传递机理试验研究及机理分析是研究群桩沉降机制的基础。另外，在进行群桩基础内力分析时，需提供单桩轴向刚度，而单桩轴向刚度的确定往往依赖于单桩沉降分析。因此，单桩沉降的研究依然是桩基研究课题的一个重要组成部分。下文将对单桩沉降、群桩沉降计算理论进行简单的综述。桩基计算目前主要有四种方法：弹性理论法、荷载传递分析法、剪切变形传递法、有限元分析法等4 类，其中前三种方法都是从单桩分析丌始，再用一定的假设叠加或重复使用应用于群桩。1
15、3 单桩沉降计算理论1 3 1 弹性理论法弹性理论的基础是M i n d l i n 课题，M i n d l i n 给出了在均匀、各向同性的弹性半无限空间作用单位竖向荷载的情况下，弹性半空问内任意一点的应力、位移的积分形式的解析解。弹性理论法是以P o u l o s 为代表的。P o u l o s 和D a v i s 等人从弹性理论的M i n d l i n 公式出发，系统的导出了单桩和群桩的计算理论以及计算表格。各家分析方法的主要区别是各单元桩侧剪应力沿桩身的简化分步模式的不同。0一广，r 一乃形，1卜Id_ - 。，V s，O一L 一一一j，一1f TlI 二n ! 一t l1
16、 1i 一 1 l i I JJ J f 一 9r l 。r r 意_ 十l _ j l 一H ， f 涨m 州F图1弹性理论法的计算图式P o u l o s 假定土体中的应力与原均质土体中分布情况相同，计算土体的位移时的土的模量与该点的位嚣有关，把均质土体中的分析公式应用到非均质土体中去。2桩基荷载传递机理试验研究及机理分析黄绍铭等( 1 9 9 1 ) 应用上述的G e d d e s 解，考虑到位移连续条件，确定摩阻力的分布，再用分层总和法求得桩的沉降。费勤发，马海龙( 1 9 9 5 ) 运用M i n d l i n 解和浅层基础中的分层总和法，对桩土间滑动采用刚塑性模型，分析了桩一台土相互作用的机理，并对带台的单桩的工作性状进行了较详尽的对比分析。何德彦、施云华( 1 9 9 9 ) 对桩侧阻力及桩端阻力实际作用位置进行了分析，就M i n d l i n 法计算桩基沉降中的一些参数驳值进行了探讨，使得计算结果与
