基于多功能CPTU测试的桩基抗拔承载特性与计算方法研究

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抗拔桩是岩土工程中经常运用的增加结构抗拔能力的措施之一。在大量的工程案例中,抗拔桩已经得到了普遍的运用。但是,有关抗拔桩的承载特性及工作机理等方面的研究相对滞后于工程发展需求,亟需一种相对快速、便捷的抗拔桩承载特性评价手段。孔压静力触探(CPTU)测试在土分类与土层划分、获取土体原位固结特性以及渗透特性等方面已经有了成熟的应用。将CPTU测试应用于桩基承载特性预测方面也有了几十年的研究历史,相比于抗拔静载试验等其他手段具有快速的优势。本文采用东南大学自主研发的SEU@CPTU-1型多功能数字式孔压静力触探(CPTU)测试系统,对CPTU测试参数与抗拔桩承载特性之间的相关关系进行了深入的研究,结合理论分析、数值模拟等手段,研究了抗拔桩在工作过程中的受力机理以及桩-土之间相互作用机制,提出了一种基于CPTU测试数据预测抗拔桩承载特性的创新方法,并通过温州某工程场地进行了验证分析。主要研究内容如下:(1)综述了已有的研究成果,分析了CPTU测试数据与桩基抗拔承载特性之间的关系。结果表明在其他条件保持不变的情况下,桩长的增加、桩直径的增大以及桩表面粗糙程度的增加都会使得桩基的抗拔承载特性得到提高,桩-土之间接触面积的改变会对抗拔桩破坏时周围土体的破坏形态产生影响。桩侧摩阻力的分布形态大致为“先增大后减小”的趋势,其分布形态会受到地下水分布、桩周围土体类型等因素的影响。(2)通过ABAQUS有限元分析软件分析了桩在上拔荷载下的变形以及受力情况。结果表明抗拔桩在承受上拔荷载的过程中,桩身受到拉伸作用而产生相对于土体的向上位移,桩身轴力和桩体变形随深度逐渐减小,因此,桩身上部在上拔荷载施加的初期承受了绝大部分的上拔荷载;荷载增加之后,桩身中下部区域的桩身轴力以及桩体变形也逐渐发挥;此外,在荷载施加的整个过程当中,传递至桩端部的轴力较小。(3)在室内模型试验以及CPTU试验的基础上,提出了适用于海相黏土中的桩基抗拔承载特性的计算方法。选取典型的基于孔压静力触探(CPTU)测试预测桩基抗拔承载特性的方法与本文所提出的方法相对比,结果表明本文所提出的计算方法在预测黏土中的桩基抗拔承载特性方面具有较高的适用性。(4)通过在现场进行桩基抗拔静载试验,得出了工程实际中抗拔桩桩侧摩阻力的分布规律、桩基的极限承载力以及各级荷载下的桩身轴力分布情况,为验证本文所提出方法的合理性提供了参考依据。抗拔静载试验与本文预测结果的对比进一步验证了基于孔压静力触探(CPTU)预测桩基抗拔承载特性方法的可靠性。
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