大直径嵌岩桩嵌岩段桩侧摩阻力试验研究

作     者：张春 

作者单位：重庆交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：许锡宾

授予年度：2015年

学科分类：081401[工学-岩土工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：大直径嵌岩桩 嵌岩段 桩侧摩阻力 模型试验 数值模拟 

摘      要：嵌岩桩因具有承载力高、造价低廉、抗震性能好、施工较为简便等优点而被广泛的应用于解决各种地基基础问题。嵌岩桩的承载力主要由非嵌岩段桩侧土层侧摩阻力、嵌岩段桩侧摩阻力和桩端阻力三部分组成。而大量实测资料表明,嵌岩桩桩顶荷载主要是由嵌岩段桩侧摩阻力及桩端阻力承担。然而现阶段人们对嵌岩桩嵌岩段桩侧摩阻力的认识还不够深入,虽然已有一些学者和专家对嵌岩桩桩侧摩阻力进行了研究,但却还没有一个较为统一的计算方法和作用理论。本文首先对现行嵌岩桩相关规范中嵌岩段桩侧摩阻力的计算方法进行了简单阐述和对比,并对桩岩接触面的滑移剪胀机理进行了详细的介绍,说明在考虑桩岩界面胶结作用时,桩岩界面桩侧摩阻力在竖向荷载作用下的工作机理可以分为胶结破坏、滑动剪胀和剪切滑移三个阶段。根据规范中嵌岩段桩侧摩阻力的计算方法及滑动剪胀机理,分析影响嵌岩段桩侧摩阻力的主要因素有嵌岩深度、基岩强度、桩径及孔壁粗糙度等。以重庆寸滩港三期工程中的两根直径为2m的原位试验桩为基础,进行了室内模型试验。试验共选取了两种不同的嵌岩深度(3.8D和7D),考虑了两种不同的基岩(中风化泥岩和中风化砂岩)。试验分析了嵌岩段桩侧摩阻力沿嵌岩深度方向的分布规律及嵌岩深度、不同基岩条件对桩侧摩阻力的影响。在此基础上,用ANSYS有限元软件对室内试验模型进行了建模分析,结果验证了该模型的可行性和数据的可靠性。本文还通过ANSYS有限元软件对影响大直径嵌岩桩嵌岩段桩侧摩阻力的主要影响因素进行了模拟计算分析。研究结果发现嵌岩段桩侧摩阻力沿嵌岩深度方向呈非线性分布,其分布曲线为双峰形态,第一个峰值随嵌岩深度和嵌岩桩径的增加而向下移动,其移动范围在嵌岩深度0～3D范围内;第二个峰值随嵌岩深度的增加和嵌岩桩径的增大而逐渐退化消失;嵌岩深度和嵌岩桩径越大,在相同桩顶荷载条件下,桩顶沉降量越小;通过分析得出嵌岩段桩侧摩阻力达到峰值所需的桩顶位移为5～15mm。在相同桩顶荷载和嵌岩深度条件下,所嵌基岩强度越大,桩顶沉降值越小,且桩侧极限摩阻力越大,桩侧摩阻力分布曲线的双峰形态越明显。根据本次室内模型试验和数值模拟试验的研究结果,还得到了其他的一些结论,为嵌岩桩的设计和施工提供了有效的借鉴作用。