软土地基单桩水平承载特性试验及数值模拟研究文献综述

 2022-11-21 16:15:41
  1. 文献综述(或调研报告):

国内外研究现状

①桩基水平承载力研究现状

从上个世纪60年代至今国内外学者对桩的水平向承载特性进行了一定的研究,提出了众多分析方法,主要分为四类:(1) 荷载传递曲线法 (又叫p-y曲线法);(2) 有限元分析方法;(3)试验研究;(4)规范法。其中荷载传递曲线法(p-y曲线法)使用最广泛,国内外学者根据现场实测数据相继提出非线性p-y曲线表达方式,以指数函数为主;有限单元法因其能考虑土体的非均质性和非线性本构关系、层状地基、桩身材料的非线性、桩土接触特性和三维边界条件,成为研究刚性桩水平承载特性及桩土相互作用最强有力的工具;国内外学者对各种情况下桩基水平承载特性进行了众多现场原位试验、室内模型试验和离心机试验,为研究桩土水平荷载传递机理和工作性状积累了可靠数据,但现场试验耗时长、成本高,而且室内模型试验和现场实际情况相比又存在着相似比不足的问题。近年来,为了能够更好的模拟水平荷载下基桩现场实际工作状况,大型离心机试验逐渐受到各国学者的青睐,如Dyson与Randolph(2001)、Michaeld等(1995, 1998)、Zhang等(1999)、Ilyas等(2004)使用离心机模型对砂土中受水平荷载作用的单桩或群桩或斜桩进行了受力分析,研究了p-y曲线表达式、群桩效应等问题。

②地基液化永久大变形对桩基危害研究现状

由地震地基液化引起的桥梁和建筑物桩基础的损坏已在许多地震中得到证实,如日本Niigata地震(1964)中NFCH建筑物预应力混凝土桩的变形和损坏,Niigata地震中Yachiyo桥梁桩基础的破坏等,这些破坏均由地震中强液化地基侧扩产生的永久变形引起。

离心和振动台试验是研究永久大变形对桩基影响的有力工具,如Hamada等(1992)、Tokida等(1992)、Kagawa等(1995)应用1g振动台研究了液化大变形对桩基影响;Wilson等(1995)、Boulanger(1997)、Liu和Dobry(1995)、Abdoun(1997)、Ramos(1999)、Goh和Orsquo;Rourke(1999)利用离心机试验研究了液化砂土中土-桩-上部结构的相互作用。国内刘惠珊和乔太平(1984)等应用桩基振动台试验研究了桩基在液化土中的破坏机理,在他们的试验中没有涉及到上部结构。在国内,真正的土-桩-上部结构动力相互作用振动台试验直到上个世纪九十年代末才开始进行,但都很少涉及到场地液化的问题。

目前,地基液化永久大变形对桩受力性能影响的定量研究主要集中于三类方法:一是简化的LE分析方法,二是BWS方法,三是目前得到普遍应用的数值模拟方法。 其中关于永久大变形对桩基的数值模拟研究国内外进行得相对较少,而数值模拟方法具有室内试验、现场调查不可比拟的优点,数值模拟方法的合理使用,对研究地震液化土体大变形物理机制,验证并完善本构模型以及预测方法等大有用处。

③超深基坑开挖对工程桩影响研究现状

超深基坑的开挖产生的土的回弹以及卸荷效应会对桩重新加载时的承载力和荷载传递产生显著影响,如黄茂松等(2007)针对上海世博园地下变电站抗拔桩,采用有限元分析了开挖度达33.7m的超深基坑对抗拔桩的影响,与在地面试桩成果对比,证明超深开挖可导致桩极限抗拔力显著降低;Iwasaki 等(1994)报道了名古屋地铁某既有隧道和商场采用桩进行托换,其下直接开挖新建隧道时,因开挖导致土回弹、从而使桩身上部出现向上拔起的趋势但又受到其上隧道的约束而引起桩顶反力和桩身上部轴力仍持续增加,而且在桩身下部还出现很大的拉应力且随开挖深度的增加而增加。

目前就土体隆起对工程桩影响的研究很少,已有的文献主要是针对膨胀土中的桩基础。如Poulos和Davis(1980)对在已知膨胀土地基沿深度方向的隆起变形的条件下,采用弹性理论法对单桩的受力变形进行了分析,当桩土之间的摩阻力超过极限值时,允许桩土之间出现相对位移。陆忠伟(2000)对膨胀土层中的单桩、群桩隆起与时间的关系进行了原位测试,发现随着桩长的增加,单桩、群桩的隆起量差异减小,群桩隆起量比单桩隆起量小。

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