竖向荷载下轻微倾斜桩及倾斜荷载下竖直桩工作机理研究

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1、天津大学博士学位论文竖向荷载下轻微倾斜桩及倾斜荷载下竖直桩工作机理研究姓名：王丽申请学位级别：博士专业：岩土工程指导教师：郑刚20081201摘要基坑开挖时，坑外土体向基坑内运动导致坑内已有桩基础倾斜；同时桩基础施工过程中，打桩、挖孔顺序不当也会导致桩基础倾斜，倾斜桩的垂直度一般超过《建筑桩基技术规范》允许的偏差。确定这些轻微倾斜桩的竖向承载力一直是工程实践中的难题。本文首先介绍天津市某基坑工程不同垂直度的倾斜桩(垂直度0．7％一2．4％)的载荷试验，然后利用有限元分析软件ABAQUS对现场试验结果进行模拟，反演得到土体参数，在此基础

2、上进行仿真模拟，研究不同土质条件下(天津市区土质和开发区软弱土质)整体倾斜桩的竖向承载力随垂直度变化的规律。同时还对局部倾斜桩、倾斜群桩及基坑开挖导致的局部倾斜桩的竖向承载力进行了分析。另外，本文还研究了超静孔隙水压力消散过程中倾斜桩的竖向承载力随时间变化的规律。现场试验及有限元计算结果表明：轻微倾斜桩的竖向承载力并不一定下降，当桩的垂直度不大于4％时，相同竖向荷载下，倾斜桩的桩项沉降反而小于竖直桩的桩顶沉降，但桩身会产生较大的弯矩；相同竖向荷载作用下，垂直度在5％以内时，局部倾斜桩的桩顶沉降均小于竖直桩的桩顶沉降，上段倾斜桩的轴力传

3、递到垂直度转折点处时对下段竖直桩产生水平向推力，当垂直度转折点位于整体倾斜桩的反弯点以下时，水平向推力将导致局部倾斜桩产生更大的反向挠曲变形，竖向荷载作用下桩更易于因为弯曲变形过大而破坏；相同固结过程，桩顶沉’降、桩顶侧移的增加量均随着垂直度增加而增加；基坑开挖导致桩局部倾斜时，尽管桩的局部倾斜程度较小(垂直度为O．15％)，相同竖向荷载作用下，局部倾斜桩的桩顶沉降大于未经历开挖的竖直桩的桩项沉降，垂直度增加较小时(由0．07％增加到0．15％)，竖向荷载引起的桩顶水平位移明显增加，同时，基坑开挖导致桩身产生了较大的初始弯矩。此外，本

4、文还利用有限元分析软件ABAQUS研究倾斜荷载作用下竖直桩的工作机理。就本文的算例而言，先施加竖向荷载再施加水平荷载时，存在一个最优竖向荷载，在最优竖向荷载作用下，相同水平荷载引起的桩顶侧移最小，且竖向荷载减小桩顶侧移的有利作用主要表现在水平荷载加载后期：土质条件较好时，竖向荷载对桩项侧移的有利作用不如土质条件较差时那样明显。关键词：整体倾斜桩局部倾斜桩基坑开挖导致的局部倾斜桩倾斜群桩固结最优竖向荷载ABSTRACTPilesmayinclineduetothemovementofsoilintothepitduringpitexca

5、vationorincorrectdrivensequenceandholediggingsequenceduringpileinstallation．MostinclinationsofpilesarebeyondthelimitationimposedbytheTechnicalCodeforBuildingPileFoundations．Itisatoughproblemtodeterminethebearingcapacityofslightlyinclinedpileinpractice．Fieldload—testsoni

6、nclinedpileswithdifferentdegreesofinclination(0．7％～2．4％)areperformed．Basedonmodelingoneoftheload-testresults，therequiredcharacteristicsofsoilforFEManalysisareobtainedtoconductnumericalanalysis．Bearingcapacitiesoftotallyinclinedpileswithdifferentdegreesofinclination(with

7、in10％)indifferentsoilconditionsarestudied．What’Smore，bearingcapacitiesofpartiallyinclinedpiles，inclinedpile—groupsandpartiallyinclinedpilesduetopitexcavationarealsostudiedbasedontheparametersfromthebackanalysis．Theeffectsofdissipationofexcessporepressureonthebearingcapa

8、cityofinclinedpilesarealSOconsidered．FromtheresultsoftestsandFEM，itcanbeconcludedthatbearingcapacityofslightly