考虑圆拱效应与应力集中效应的桩孔自立稳定深度研究

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孔壁稳定性问题是桩孔及钻井在钻进施工过程中普遍存在并备受关注的一个复杂的世界性难题,孔壁失稳会给钻孔工程施工带来大量的困难与一连串的工程问题,对钻孔灌注桩成孔过程中孔壁稳定性各影响因素正确、科学、清晰的认识,充分挖掘孔壁的致塌机理与原因,有利于保障施工质量、保证施工工期以及控制施工成本,具有重要理论研究意义的同时对现实工程也有重大的指导价值。  本文针对目前孔壁自立稳定深度的理论计算公式均无法考虑孔径大小对孔壁稳定性的影响这一问题,基于别列札恩采夫发展的空间轴对称问题,对该问题进行研究,并采用数值模拟分析的方法对孔壁稳定性问题进行详细分析研究,最终得到的主要研究成果如下:  ①基于别列札恩采夫发展的空间轴对称问题,根据作用在筒形地坑护壁上的别氏理论主动土压力计算公式,推导出了考虑空间效应(圆拱效应)的桩孔最大自立稳定深度隐式解;对该隐式解进行详细分析的前提下,提出了一个近似求解考虑圆拱效应的桩孔最大自立稳定深度(别氏理论隐式解)简化公式。  ②通过数值模拟方法对孔壁圆拱效应和应力集中效应进行了详细分析,研究结果表明:桩孔开挖后孔壁土体既存在应力集中效应也存在圆拱效应,且圆拱效应对孔壁有卸载的作用,有利于孔壁的稳定性。  ③根据模拟结果对孔壁的应力发展情况进行分析研究,结果表明:常用的双向无限受压板孔理论简化模型对孔壁土体应力发展规律的描述是不够准确的,是偏于保守的。  ④根据对大量数值模拟实验的对比研究,结果表明:孔径对孔壁稳定性的影响不可忽略,考虑圆拱效应的简化公式解高估了孔壁最大自立稳定深度,挡土墙理论解则低估了孔壁最大自立稳定深度,进一步证明了孔壁土体既存在应力集中效应又存在圆拱效应。  ⑤对大量数值模拟实验结果进行分析研究,提出了一个能同时考虑圆拱效应和应力集中效应的桩孔孔壁最大自立稳定深度近似计算公式。并从定性和定量的角度证明了该近似计算公式的合理性。
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