路堤堆載作用下鄰近被動樁與路基疏樁抗側穩(wěn)定分析.pdf

1、在道路橋梁、港口碼頭等工程中基礎樁基有時不僅直接承擔作用于樁頂的主動荷載，還需承受土體因自重或外部荷載引起的側向位移的作用，尤其在軟土分布地區(qū)由堆填加載或開挖卸載等引起的土體側移作用尤為明顯，可能導致既有或擬建樁基的承載與變形特征發(fā)生改變，例如，原抗壓承載力與沉降控制的豎向抗壓樁，可能轉變?yōu)楸粍铀礁郊雍奢d控制的抗側穩(wěn)定問題。這種控制狀態(tài)發(fā)生轉變的被動樁，相對阻滑或支護等被動樁更加復雜、且更容易被疏忽而引發(fā)工程事故或安全隱患。然而目前國

2、內外對此類問題的分析多依賴于工程經驗的估算，缺乏實用有效的分析方法。因此，有必要對此類被動樁性狀進行系統(tǒng)的研究。
　　論文以路堤堆載作用下鄰近樁基和基底疏樁地基為研究對象，針對不對稱邊載作用下被動樁基的被動受荷響應，通過理論推導建立了路堤堆載作用下鄰近樁基力學響應的簡化解析計算方法和半解析計算模型;采用現(xiàn)場試驗與數值分析的研究手段，揭示了疏樁路基的荷載傳遞機理和抗側穩(wěn)定機制，繼而通過理論推導建立了考慮路堤-疏樁-地基共同作用的豎向

3、荷載效應分析模型，以及路基疏樁抗側失穩(wěn)分析的簡化實用計算方法;并對相關分析模型和計算方法進行了程序實現(xiàn)和工程驗證。主要完成的工作包括以下幾個方面:
　　(1)基于土體位移與鄰近基樁的相互作用機理，推導了考慮樁頂軸向荷載作用影響的被動樁解析計算方法。根據現(xiàn)場實測資料分析了堆載作用下軟土地基側移或不穩(wěn)定土坡土體位移模式的特點，揭示了被動樁的受力變形機制;繼而基于地基反力法計算理論與Euler-Bernouli梁理論推導出樁身微分控制方

4、程，考慮到樁頂軸向荷載的影響，利用常系數地基模型和被動荷載分布（矩形、三角形和拋物線形）的簡化假定，推導了樁身受力響應的解析解答。
　　(2)明確了路堤堆載作用下樁身被動荷載效應，建立了鄰近路堤堆載既有樁基被動受荷響應的半解析計算模型。利用Boussinesq理論解推導出路堤堆載作用下地基的附加側向荷載應力，進而得到被動樁被動側土壓力計算式，通過對Tomio Ito局部塑形理論模型的改進，結合繞樁極限阻力模型給出了樁身被動荷載的確

5、定方法，并在此基礎上結合三參數地基模型，考慮到地基非線性和樁身軸向力的影響，推導建立了路堤堆載作用下鄰近基樁的受力變形控制方程，通過樁身離散并假定每段樁單元上地基反力系數為常數，利用各樁段單元的解析解和矩陣系數傳遞的方法，求得了被動基樁各節(jié)點處的受力變形半解析解;將其進一步擴展，考慮到橫梁約束和樁間影響，給出了雙樁排架結構的簡化計算分析模型。
　　(3)明確了疏樁路基基底樁土荷載分擔，為疏樁承載機理和抗側穩(wěn)定分析提供基礎。通過錫張

6、高速試驗段的現(xiàn)場試驗，對基底樁土應力、變形特征等進行分析，揭示了疏樁路基的豎向荷載傳遞機理;并據此基于Marston埋管理論，結合單樁分析模型(Unit Cell)，根據界面彈塑性假定考慮了對模型中界面剪切強度的應力水平修正，推導建立了路基荷載傳遞的分段平衡解析計算模型，繼而結合筋材拋物線撓曲函數膜理論，給出了考慮多層加筋“兜提”效應的路基-加筋墊層雙層體系簡化分析方法。
　　(4)揭示了路基疏樁的穩(wěn)定機理，建立了路基疏樁抗側穩(wěn)定

7、的實用計算方法。通過數值模擬對疏樁路基結構中不同位置處樁身的受力、變形特征進行分析，揭示了路肩范圍疏樁的豎向“減載”和邊坡范圍疏樁的側向“抗力”的穩(wěn)定機理;并據此基于基樁撓曲變形破壞分析模式，將路基疏樁的抗側穩(wěn)定問題簡化為坡腳處基樁的抗側受力與變形驗算，結合被動基樁半解析計算模型給出了路基疏樁抗側受力與變形的實用計算方法。
　　(5)對上述分析模型和計算方法進行了程序實現(xiàn)和驗證，并將之應用于工程實踐分析?；谏鲜瞿Ｐ秃徒獯?，分別編