地下结构抗浮及抗拔桩试验研究与分析

发布时间：2017-06-28 21:25

  本文关键词：地下结构抗浮及抗拔桩试验研究与分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：大量带有纯地下室的高层建筑,以及地下车库、下沉式广场的兴建,使抗浮问题非常突出,而目前主要采用的抗浮措施为抗拔桩,而针对这二者的研究成果仍然较少,相关国标也未做具体规定,因而有必要通过模型试验和数值模拟对地下结构抗浮和抗拔桩竖向承载力特性进一步研究。本文主要通过地下结构抗浮模型试验、抗拔桩模型试验、桩土颗粒图像测速(PIV)试验、抗拔模型桩有限元模拟和工程尺寸抗拔桩有限元模拟几个方面进行研究,主要工作和成果如下：1)通过地下结构抗浮模型试验研究了土体渗透系数对地下结构浮力大小的影响,以及存在承压水状态下地下室底板位于透水层和不透水层对地下结构浮力大小的影响,研究表明：当地下室底板处于渗透系数很低的弱透水层时,地下室浮力计算可进行折减,本文采用的淤泥质粘土的折减系数为0.6。2)利用模型试验对抗拔桩的相关性质进行了研究,主要研究了抗拔桩和纯摩擦抗压桩侧摩阻力发挥的异同、等直径抗拔桩和扩底抗拔桩的承载力特性以及扩底大小对扩底抗拔桩承载力的影响。研究表明：纯摩擦抗压桩的侧摩阻力大于抗拔桩的,且随着长径比的增加,二者的差值线性减小；扩底的增加对抗拔桩承载力有明显的提升,但之后通过扩底直径的增加对抗拔桩承载力的提升有限。3)采用颗粒图像测速(PIV)技术对扩底抗拔桩的受力机理进行研究,利用桩土模型轴对称的特性,建立扩底抗拔桩透明模型,在抗拔桩上拔过程中采集一系列图像数据,运用MATLAB图像分析程序对桩土位移进行分析。研究表明：扩底抗拔桩在工作时共分为4个阶段,即土体加强阶段→侧摩阻力发挥阶段→扩散角不断扩大阶段→形成滑裂面破坏阶段,同时解释了扩底抗拔桩承载力提高的原因。4)采用有限元分析软件ABAQUS对抗拔模型桩进行数值模拟,将模拟结果与模型试验和PIV试验结果对比分析,肯定了ABAQUS分析的可靠性,并得到了试验中不易测量的物理量,如桩身轴力、桩侧摩阻力、位移矢量、位移云图、应力云图等,有助于分析抗拔桩竖向承载力特性。5)将以上研究成果进一步推广到工程尺寸抗拔桩的应用当中,通过等比例工程桩数值模拟分析,研究工程尺寸抗拔桩竖向承载力特性,同时分析了不同因素对承载力的影响。研究表明：通过提高桩径所带来的承载力的提高是不经济的,而增加扩底直径对提高承载力有显著效果；扩底抗拔桩极限承载力并不仅仅取决于桩身直径d的大小,而是受桩身直径d、扩底直径D和扩底夹角δ共同决定的,因此在进行扩底抗拔桩设计时,合理选择扩底夹角6至关重要。
【关键词】：地下结构抗浮 渗透系数 抗拔桩 竖向承载力特性 颗粒图像测速技术 数值模拟 传递机理 破坏模式
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU473.1
【目录】：

• 致谢4-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 第1章 绪论13-23
• 1.1 研究背景13-15
• 1.1.1 工程实例概述13-15
• 1.1.2 问题的提出15
• 1.2 国内外研究现状15-21
• 1.2.1 抗浮设防水位选取方法的研究现状17-18
• 1.2.2 浮力大小计算的研究现状18-19
• 1.2.3 抗浮措施的研究现状19-21
• 1.3 本文的研究内容21-23
• 第2章 地下结构抗浮模型试验研究23-42
• 2.1 引言23
• 2.2 试验系统及仪器设备23-30
• 2.2.1 试验系统介绍23-25
• 2.2.2 试验土体25-28
• 2.2.3 数据采集仪器28-30
• 2.3 试验方法30-34
• 2.3.1 渗透系数对浮力影响的试验方法30-32
• 2.3.2 承压水对浮力影响的试验方法32-34
• 2.4 试验测试及分析34-40
• 2.4.1 渗透系数对浮力影响的分析34-38
• 2.4.2 承压水对浮力影响的分析38-40
• 2.5 本章小结40-42
• 第3章 抗拔桩模型试验研究42-56
• 3.1 引言42
• 3.2 试验系统及仪器设备42-48
• 3.2.1 试验系统介绍42-45
• 3.2.2 模型桩45-47
• 3.2.3 数据采集仪器47-48
• 3.3 试验方法48-50
• 3.4 试验测试及分析50-54
• 3.4.1 抗拔桩与抗压桩50-53
• 3.4.2 等直径抗拔桩与扩底抗拔桩53-54
• 3.5 本章小结54-56
• 第4章 抗拔桩PIV模型试验研究56-74
• 4.1 引言56
• 4.2 数字图像处理理论56-61
• 4.2.1 数字图像处理的基本概念56-58
• 4.2.2 图像相关分析方法58
• 4.2.3 相关技术在PIV中的应用58-60
• 4.2.4 PIV软件介绍60-61
• 4.3 试验系统及方法61-63
• 4.4 试验结果分析63-72
• 4.4.1 单帧位移分析63-68
• 4.4.2 累计位移分析68-72
• 4.5 本章小结72-74
• 第5章 抗拔桩有限元对比分析74-87
• 5.1 引言74
• 5.2 使用方法74-78
• 5.2.1 有限元软件ABAQUS使用方法简介74-75
• 5.2.2 轴对称的应用75
• 5.2.3 量纲的约定75
• 5.2.4 本构模型的选择75-76
• 5.2.5 初始地应力76
• 5.2.6 接触关系的设定76-77
• 5.2.7 单元选择与网格划分77-78
• 5.2.8 加载方式78
• 5.2.9 土体参数78
• 5.3 抗拔模型桩有限元模拟分析78-85
• 5.3.1 与模型试验对比分析78-79
• 5.3.2 与PIV试验对比分析79-82
• 5.3.3 桩身轴力及桩侧摩阻力82-83
• 5.3.4 位移云图83-84
• 5.3.5 应力云图84-85
• 5.4 本章小结85-87
• 第6章 工程尺寸抗拔桩有限元模拟分析87-97
• 6.1 引言87
• 6.2 模型参数87-88
• 6.3 有限元分析结果88-95
• 6.3.1 桩径的影响88-89
• 6.3.2 扩底直径的影响89-91
• 6.3.3 桩身轴力及桩侧摩阻力分布91-92
• 6.3.4 位移云图及矢量图92-94
• 6.3.5 应力云图94-95
• 6.4 本章小结95-97
• 第7章 结论和展望97-101
• 7.1 主要成果与结论97-100
• 7.2 研究建议与展望100-101
• 参考文献101-108
• 作者简介108

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5 张尚根,吴涛,尹峰,孟少平;抗拔桩的变形分析[J];工业建筑;2002年11期

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本文编号：495347