桩—桶基础抗拔承载力试验研究

作     者：王梦瑜 

作者单位：上海海事大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘文白

授予年度：2006年

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

主      题：桩-桶基础 模型试验 破坏机理 上拔极限承载力 颗粒流模拟 

摘      要：随着海洋资源的开发，海洋工程越来越多，由近海慢慢进入深海。众所周知，海洋环境复杂，影响因素多，因此海洋工程对基础的要求越来越高。桩-桶基础这种复合基础既发挥了桩基础的很好的竖向承载能力，又保留了桶基础很好的抗水平的能力。使两种抗拔基础优势互补，所以这种基础有很好的发展前景，例如用于码头的基础、海洋石油钻井平台基础、深海养殖网箱的锚固基础等等，具有进行深入工程研究的价值。 桩-桶基础的性能包括承压、抗拔和抗水平荷载。本论文仅对桩-桶基础的上拔模型试验和PDF数值模拟进行分析和研究。 首先，对桩-桶基础上拔特性进行专门的试验设计，设计了全模试验和半模试验以及专用的试验装置。全模试验主要用于测量荷载与位移的关系，分析土体表面的破坏情况，半模试验则主要用来分析土体的破坏形式。 其次，根据桩-桶基础全模试验结果，得出土体表面的破坏形式为两个以桩轴为中心的圆环裂缝，并有放射性的裂缝。分析了上拔荷载与上拔位移的关系曲线，得出桩-桶基础的上拔荷载-位移曲线具有典型性，分为线性阶段、过渡阶段和陡降阶段。根据无纲量荷载-位移曲线，设计了桩-桶基础的上拔位移控制计算模型。 第三，通过对桩-桶基础半模试验，测出土体内部的破坏形式，根据全模试验中土表面圆环状破坏形式，得出土体的破坏形式为上下两条二次曲线的旋转面，靠近桩底端的部分为桩的滑动破坏。对土体的破坏面曲线进行了数学拟合，拟合为两条圆弧曲线，与试验值吻合，推导出桩-桶基础抗拔承载力计算公式，并将计算值与试验值进行了对比，误差较小。 第四，结合桩-桶基础全模试验和半模试验，分析了桩-桶基础在上拔承载力作用下的破坏过程可分为：桶顶以上土体：“土层压缩—塑性区出现并展开—整体剪切破坏的破坏过程。桶周围以及桶底以下部分土体：土体受到摩擦力，使得内部剪应力不断增加，开始时内部出现小裂缝，最后形成剪切带，发生剪切破坏。桩的下端一部分桩从土中直接拔出。 抗拔机理为减压与剪胀软化的渐进性破坏和抵抗桩土之间的摩擦力。