【摘 要】
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螺旋桩作为一种纵截面异形桩,其通常由中心圆轴和螺旋叶片两部分组成,与传统的实心和开口圆桩相比,其能够提供更高的抗拔和抗压承载力。通过对桩头同时施加扭矩和向下的压力,从而将这种桩“拧入”土中。因其具有施工方便、安装后即可承载、又可回收利用等优势,近年来得到广泛的关注。然而之前的研究主要是在忽略螺旋桩安装效应的前提下开展的,当考虑安装效应时,研究又主要聚焦在对砂土密实度的扰动程度上,关于粘土中螺旋桩安
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螺旋桩作为一种纵截面异形桩,其通常由中心圆轴和螺旋叶片两部分组成,与传统的实心和开口圆桩相比,其能够提供更高的抗拔和抗压承载力。通过对桩头同时施加扭矩和向下的压力,从而将这种桩“拧入”土中。因其具有施工方便、安装后即可承载、又可回收利用等优势,近年来得到广泛的关注。然而之前的研究主要是在忽略螺旋桩安装效应的前提下开展的,当考虑安装效应时,研究又主要聚焦在对砂土密实度的扰动程度上,关于粘土中螺旋桩安装效应的研究有限。此外,对于是否考虑安装效应的问题,仍然没有较为全面的分析。故本文通过室内模型试验,结合数值分析的方法,对螺旋桩由于安装效应引起的土体强度退化和上拔承载力降低进行了定量评价。此外,在考虑土体软化的情况下,提出了可以考虑安装效应的极限抗拔承载力经验公式。本文所做的工作如下:(1)开展室内模型试验,在是否考虑安装效应的两种工况下,获得不同类型螺旋桩的荷载-位移关系曲线,采用“安装扰动系数”的概念对由于螺旋桩安装引起的承载力降低现象进行量化评价:对于单叶片桩,当埋深比大于4D后,扰动系数在0.50-0.60之间变化;增大叶片间距会使得扰动系数呈现增长趋势,范围在0.20-0.45之间;对于多叶片,扰动系数处于0.40-0.60之间;(2)基于耦合欧拉-拉格朗日(CEL)有限元建模方法,引用了一个可以考虑应变软化的土体本构模型,实现了三维模型下螺旋桩的动态安装过程,进而研究不排水软化粘土中螺旋桩安装效应对土体的扰动。考虑了两个关键的土体应变软化参数影响,以评估安装效应对土体的扰动程度。CEL结果表明螺旋桩的安装会导致土体出现明显的强度退化扰动区域,该区域在平面上的大小约为螺旋叶片直径的1.4倍;(3)通过将CEL计算得到的扰动后土体强度场导入Optum G2有限元极限分析软件中进行极限分析,以此来评估土体强度退化对抗拔承载力的后续影响。结果表明:前人文献中给出的承载力计算结果高估了软化粘土中的极限抗拔承载力。将是否考虑安装效应条件下,土体破坏时的位移云图进行对比,揭示了考虑安装效应时承载力较低的机理:螺旋桩的抗拔承载能力主要由扰动区域的土体强度决定。接着开展回归分析的工作,本文提出了一个可以考虑安装效应影响的极限抗拔承载力经验公式。
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