水平荷载对人工冻土模型桩竖向承载的力学特性影响试验研究

来源 :兰州交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cucumber
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随着经济的高速发展,我国开始不断加强和完善冻土区基础设施的建设,自青藏铁路建设以来,桩基因其独有的优点在冻土地区被广泛使用,考虑到桩基在使用过程中受力十分复杂,除受竖向荷载以外还有会受到列车制动、地震、强风和洪水等产生的水平荷载,而目前大多数研究只是局限于竖向或水平荷载单独作用对冻土桩基的承载能力、荷载分布情况以及桩土相对位移的影响,对于组合荷载作用下冻土桩基承载力特性的研究还比较少,因此本文开展了不同荷载工况和不同温度环境下水平荷载对冻土桩基竖向承载力特性的研究,并通过ABAQUS软件模拟了桩周土体的应力分布规律,得出的主要结论如下:(1)水平荷载会使桩基竖向沉降量增大,沉降主要发生在竖向荷载较大时,水平荷载值越大,同一竖向荷载产生的沉降量也越大,水平力的施加导致桩基承载能力降低;水平荷载作用下桩身会产生侧向位移,竖向荷载会使桩顶侧位移曲线的拐点位置后移,受压侧土体由弹性变形阶段进入塑性变形阶段所需的水平荷载变大,随着竖向荷载增大,同一水平荷载所引起的桩顶侧向位移减小,桩身侧向位移的零点位置变浅,水平荷载对桩身挠度的影响越小,预先作用竖向荷载能够抑制桩身的挠曲变形。(2)预先施加水平荷载会使上部的土抗力发生变化,桩侧平均冻结力降低,最大冻结力出现的位置下移,同一竖向荷载产生的桩身轴力增大,传递到桩底土体的荷载增加;施加竖向荷载后弯矩最大值出现位置以及桩身弯矩零点位置相比纯水平荷载作用时均上移,最大弯矩值减小,竖向荷载对桩身弯矩具有明显的抑制作用。(3)三种温度环境下预先作用水平荷载均使桩基竖向沉降量增大,冻土环境中水平力对桩基竖向沉降影响相比2℃融土较小;同一水平荷载对-10℃冻土、-6℃冻土、2℃融土的桩顶侧位移依次增大,施加竖向荷载对三种温度下的桩顶和桩身侧位移抑制效果不同,其中2℃融土工况下的抑制效果最为明显,桩身侧位移零点位置上移幅度最大,水平荷载对桩基侧向扰动范围减小最多。(4)预先施加水平荷载对2℃融土的桩侧冻结力以及桩身轴力的影响最大,桩侧最大冻结力相比冻土环境减小最多,水平荷载对轴力的增大效果最明显,-6℃冻土时桩侧冻结力相比2℃减小幅度较小,桩身轴力略微增大,当温度降低至-10℃时,施加水平荷载前后桩侧冻结力减小不明显,水平荷载对桩身轴力影响不大。(5)预先作用竖向荷载,三种温度环境中同一水平荷载所引起的桩身弯矩均有不同程度的减小,其中-10℃的弯矩值减小量最多,主要原因是-10℃时桩侧冻结力产生的反弯矩相对较大,抵消部分弯矩;在冻土和融土条件下,预先施加竖向荷载均可提高桩基的抗弯刚度,且土体温度越低,预先施加竖向荷载对桩身弯矩值的减小幅度越大。(6)水平荷载会导致桩身前侧土压力增大,且其影响主要发生在土体顶部位置,当荷载增加至一定值后,受压侧上部土体最先达到屈服状态发生塑性破环,桩基水平承载能力迅速降低;施加竖向荷载后,桩端土体破坏首先出现在桩底与冻土的接触面上,随着荷载的增大,土体的破坏区域逐渐向周围扩展。
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