岩溶区大直径灌注桩承载特性研究

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岩溶为桩基工程中比较严重的地质灾害,由于溶洞的存在,溶洞周边岩石强度尤其抗拉强度降低,削弱了初始地基承载力,易导致溶洞顶板岩层压溃、桩端岩体脱空等问题,对施工建设造成威胁。目前国内外学者对于岩溶区灌注桩承载特性的研究还不完善,其极限承载力的计算理论有待深入研究。本文以粤北串珠式溶洞地质为背景,某桥梁工程为依托,通过理论分析和数值模拟开展了岩溶区大直径灌注桩承载特性研究,对岩溶区灌注桩荷载传递机理进行了分析,提出了岩溶区灌注桩极限承载力的理论计算方法,主要研究内容有如下几个方面:(1)深入分析了岩溶区灌注桩荷载传递机理,分别研究了桩侧土摩阻力、嵌岩段摩阻力和桩端支承力的传递机理、计算模型及其破坏模式。基于弹性力学圆形薄板挠度理论,借助matlab推导出岩溶区灌注桩桩端支承力的理论计算公式,结合桩基规范形成岩溶区灌注桩极限承载力的理论算法,并对岩溶区灌注桩稳定性计算方法进行了介绍;(2)利用MIDAS GTS建立模型,分析单层溶洞大直径灌注桩的承载特性的影响因素,研究发现嵌岩深度越小,溶洞顶板厚度越薄,溶洞跨径越大,桩基极限承载力越小。桩基嵌岩深度从1d增加5d时,桩基承载力衰减度从40%左右减小到5%左右。当嵌岩深度超过临界值4d后,衰减度逐渐稳定在5%左右,岩溶区桩基可视为普通嵌岩桩进行计算。顶板厚度从0.5d增加到2d时,衰减度从40%左右减小到5%左右。溶洞跨径从2d增加到8d时,衰减度从2%增大到55%左右;(3)研究串珠状岩溶区单桩和群桩的沉降、应力、轴力和塑性区分布特性,分析表明串珠状溶洞中第一层溶洞的沉降和应力最大,顶板破坏锥形体首先在第一层溶洞上方形成,第一层溶洞周边也首先出现塑性区。对于串珠状岩溶区群桩,桩长相同的情况下,未穿越溶洞的桩基沉降不足穿越溶洞的桩的1/2;(4)以Php Storm作为开发平台,使用HTML、CSS、Java Script进行前端开发,PHP进行后端开发,基于桩基规范和弹性力学圆形薄板理论,自主开发了岩溶区桩基承载特性计算程序(PCCPK),并将PCCPK程序计算结果与MIDAS GTS数值模拟计算进行对比,验证了PCCPK程序的合理性。
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