组合荷载下田字形地下连续墙基础承载特性研究

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地下连续墙基础整体刚度大,水平承载力高,抗震能力强,造价低,在桥梁基础工程中广泛的应用。地下连续墙基础的断面形式多种多样,断面为四室的井筒式地下连续墙基础又被称为田字形地下连续墙基础。田字形地下连续墙基础尺寸大,现场足尺试验工作量庞大,难以进行。本文采用有限元软件ABAQUS进行数值模拟分析,再结合理论计算的方法,探讨田字形地下连续墙基础在复合加载模式下的承载特性。建立了均质粘土地基下的单室井筒式地下连续墙基础、田字形地下连续墙基础和沉井基础的二维模型。利用有限元软件得到三种基础的沉降等值线图和位移矢量图,分析了三种基础在竖向荷载单独作用下的失效机理。得到了三种基础在竖向荷载单独作用下呈现整体剪切破坏的结论。进一步,建立了均质粘土地基下的田字形地下连续墙基础三维模型。地基的二维和三维破坏模式相似,呈整体剪切破坏的特点。计算三种基础的荷载承担比曲线,分析得到基础外荷载主要由外侧摩阻力、内侧摩阻力、土芯反力和端阻力四部分组成。承载以外侧摩阻力和端阻力为主。分析了单室井筒式地下连续墙基础基础与土体界面摩擦系数和埋深对于基础极限承载力的影响,基础与土体界面摩擦系数对基础极限承载力影响不大,埋深是影响基础极限承载力的主要因素。建立了均质粘土地基下的田字形地下连续墙基础,分析了田字形地下连续墙基础在水平向荷载和力矩荷载单独单独作用下失效机理和极限承载力。田字形地下连续墙基础在水平向或力矩荷载作用下下破坏机理相似,绕着地面以下,基础底面以上某点旋转,基础内部形成球形旋转破坏面,基础前侧土体被挤压形成被动侧破坏楔体,基础后侧形成主动侧破坏楔体。基础所承受的荷载随着位移量(转角)的增大而呈现线性增大,当位移量(转角)增大到一定值时,基础所承受的荷载不再随位移量(转角)的增大而增大。采用扫掠加载方法(Swipe加载方法)和固定位移比加载法(Probe加载方法)得出了田字形地下连续墙基础在V-H、V-M和H-M加载面上的地基破坏包络面。结果表明:在V-H加载面上,地下连续墙基础的竖向承载力随水平荷载的增大而降低,水平承载力随竖向荷载的增大而降低。在V-M加载面上,地下连续墙基础的力矩承载力随竖向荷载的增大而降低,竖向承载力随力矩荷载的增大而降低。在H-M加载面上,水平荷载与力矩荷载作用效果相互影响,当水平荷载作用方向与力矩荷载作用方向相反时,基础的破坏荷载随水平荷载的增大而增大。当力矩荷载达到力矩极限荷载时,破坏包络线急剧下降。达到水平极限荷载。当水平荷载的作用方向与力矩荷载作用方向相同时,破坏时的荷载随着同向水平荷载的增加而降低。其中,埋深仍然是影响地基破坏包络面形的主要因素。随着埋深的增大,地基破坏包络面逐渐扩大。依托“引江济淮工程(安徽段)勘察设计桥梁工程(合铜黄高速上跨菜子湖段航道)项目”,利用有限元软件ABAQUS建立了实际工程的三维有限元模型,探讨田字形地下连续墙基础在竖向荷载、水平荷载和组合荷载作用下的承载特性。通过《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTG D63-2007)和8种弹簧的刚性基础分析方法,计算了田字形地下连续墙基础的变位,并与有限元结果进行了比较。结果表明:田字形地下连续墙基础整体刚度大,承载能力高,在组合荷载下呈现整体破坏的特点。
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