【摘要】：樁基工程中,斜坡樁基的研究一直是熱點和難點。相比平地嵌巖樁,斜坡嵌巖樁承載機理存在明顯差異,而目前現(xiàn)有的嵌巖樁承載能力、受力性狀分析及相關(guān)計算理論大都基于樁基處于水平地面的基本假設(shè)提出的,對斜坡嵌巖樁尚沒有足夠的認識和解決辦法。特別是對于陡巖河岸港口樁基(又常以群樁基礎(chǔ)形式出現(xiàn)),受力工況極其復雜(上部結(jié)構(gòu)(或機械)荷載、船舶撞擊力(系纜力)、水流力等),其研究工作具有重要的工程意義。豎向/水平/雙向/組合荷載作用下的陡巖單樁和群樁基礎(chǔ)。坡前巖體的缺失和坡后巖體的增加對陡巖單樁和群樁基礎(chǔ)的豎向/水平/雙向/組合承載力有影響,其相關(guān)承載機理研究甚少;在群樁效應(yīng)相關(guān)研究中,通常只考慮承臺為剛性這一情況,過高地估計群樁的整體工作能力;對于陡巖群樁基礎(chǔ)的群樁效應(yīng),港工規(guī)范尚無明確定義。針對以上問題,本文逐步對陡巖單樁/群樁的豎向/水平/雙向/組合承載特性開展研究。采用考慮斜坡鉆巖成孔、樁(承臺)混凝土澆筑、樁基承載流程的數(shù)值模擬方法,分別對豎向/水平/雙向/組合荷載工況下的陡巖單樁/群樁的承載能力/性狀進行理論分析(考慮坡度、樁距、樁徑、嵌巖深度變化)。得到如下主要結(jié)論:(1)豎向荷載作用下陡巖單樁存在樁前巖體缺失效應(yīng)和樁后巖體增強效應(yīng)。斜坡嵌巖樁的豎向承載性狀受到樁前巖體缺失效應(yīng)和樁后巖體增強效應(yīng)的影響,而隨著坡度和樁頂豎向荷載的增加,樁體水平位移又會對樁前巖體缺失效應(yīng)和樁后巖體增強效應(yīng)造成干擾。(2)水平荷載作用下陡巖單樁的嵌巖深度臨界值波動現(xiàn)象。當樁嵌巖深度增加到一定程度時,巖體抗力對斜坡嵌巖樁水平承載的貢獻較為有限;若樁嵌巖深度繼續(xù)增加,斜坡嵌巖樁偏彈性長樁方向發(fā)展,樁的撓曲變形進一步發(fā)揮,樁身嵌巖段負位移增加,樁頂水平位移亦增加,即樁基水平承載力有所減小。(3)豎向荷載作用下陡巖群樁的群樁徑向膨脹。豎向荷載作用下,群樁承臺受壓變形,由于力的傳遞,與承臺相連的各樁樁身產(chǎn)生向外壓曲變形。陡巖群樁樁前側(cè)巖體缺失效應(yīng)和樁后側(cè)巖體增強效應(yīng)演化過程受到陡巖群樁徑向膨脹的影響,進一步加劇。(4)豎向荷載作用下陡巖群樁應(yīng)力局部效應(yīng)(圣維南原理)的解釋。經(jīng)過大量數(shù)值模擬和理論分析,樁頂端軸力突變程度主要與樁頂端壓曲程度有關(guān),如承臺上豎向荷載較大、樁距較大時,承臺變形越大,樁頂端壓曲程度越大,其受力越復雜;而樁底端軸力突變的原因主要在于,樁底端和樁底端周圍巖體擠壓劇烈,應(yīng)力集中,樁底端周圍巖體產(chǎn)生成拱效應(yīng),進而導致樁底端軸力突變。(5)水平荷載作用下陡巖群樁的群樁空間效應(yīng)。不同坡度/樁距/樁徑/嵌巖深度條件下,水平荷載作用時,承臺存在一定程度的偏轉(zhuǎn),承臺下的各樁樁頂水平位移狀態(tài)是不一樣的,各樁樁身受力狀態(tài)(與巖體的擠壓程度)亦會不同,整個群樁基礎(chǔ),力的傳遞會發(fā)生變化(“群樁基礎(chǔ)的空間效應(yīng)”)。(6)水平荷載作用下陡巖群樁各樁樁頂水平承載力發(fā)揮程度(不考慮應(yīng)力局部效應(yīng)(圣維南原理))。從樁頂端附近處最大正彎矩占比和樁頂端附近處最大正剪力占比的角度出發(fā)。(1)不同坡度/樁距/樁徑條件下陡巖群樁。隨著坡度/樁距/樁徑的逐漸增加,前排樁樁頂水平承載力發(fā)揮程度逐漸減小,后排樁樁頂水平承載力發(fā)揮程度逐漸增大。(2)不同嵌巖深度條件下陡巖群樁。隨著嵌巖深度的逐漸增加,前排樁樁頂水平承載力發(fā)揮程度大致呈增大趨勢,后排樁樁頂水平承載力發(fā)揮程度大致逐漸減小(但相比前排樁,后排樁的樁頂端附近處最大正彎矩占比或樁頂端附近處最大正剪力占比仍較大)。(7)水平荷載作用下陡巖群樁各樁樁頂水平承載力發(fā)揮程度(考慮應(yīng)力局部效應(yīng)(圣維南原理))。從各樁樁頂剪力分配比例的角度出發(fā)。不同坡度(R=15°、R=30°、R=45°)/樁距/樁徑/嵌巖深度條件下,前排樁樁頂水平承載力發(fā)揮程度較小,后排樁樁頂水平承載力發(fā)揮程度較大。(8)雙向荷載作用下——豎向荷載變化(水平荷載恒定)、水平荷載變化(豎向荷載恒定)對陡巖單樁/群樁基礎(chǔ)雙向承載能力及性狀的影響。(9)組合荷載作用下——五種加載方案(對應(yīng)港口工程五種荷載工況)對陡巖單樁/群樁基礎(chǔ)組合承載能力及性狀的影響。(10)提出豎向/水平/雙向/組合荷載作用下陡巖地區(qū)內(nèi)河高樁墩式碼頭群樁基礎(chǔ)(四邊形四樁/梅花形五樁)的“單樁雙控——群樁雙控”設(shè)計方法。其中“雙控”指的是:一控——承載能力(偏宏觀),二控——承載性狀(偏微觀)。
【圖文】：

17圖 2.2 Mohr-Coulomb 模型中的塑性勢面.2.3 單元類型ABAQUS 中常用的單元族有實體單元、梁單元、殼單元等。由于本文所建模均為三維實體模型，故所采用的單元族為實體單元。而實體單元根據(jù)所采用的學公式、積分類型等可劃分為多種不同的單元類型，本文模型中承臺、樁基、體的均采用 C3D8R，，即三維 8 節(jié)點六面體縮減積分單元。

Mohr-Coulomb模型中的屈服面
【學位授予單位】：重慶交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：U656.113

【參考文獻】

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本文編號：2596350