湛江组结构性黏土中phc管桩静载荷试验研究

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1、ADissertationSubmittedtoWuhanUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfillmentoftheRequirementsFortheDegreeofMasterinEngineeringResearchonStaticLoadTestofPHCPilesinZhanjiangGroupStructuralClayPh.D.Candidate：SuXianyueMajor：CivilEngineeringSupervisor：Prof.YuXiaoWuhanUniversityofScienceandTe

2、chnologyWuhan,Hubei430081,P.R.ChinaMay,2015学位论文特别说明本人的学位论文得到国家自然科学基金“湛江组结构性粘土中桩基承载性状与作用机理研究”（基金号：41372299）资助。基金主要研究内容为:1.理论部分：研究不同沉积条件下湛江组结构性黏土的物理力学性质，并分析其对区域内桩基工程影响；分析湛江组结构性黏土的桩侧阻力、桩端阻力的作用机理，提出考虑湛江黏土压缩特性和强度特性的桩基极限承载力计算公式；建立考虑桩侧深度效应的单桩荷载沉降计算方法；研究湛江黏土中桩基的群桩效应，建立考虑结构性黏土特性的桩基设计理论和方法。2.试验部分：通过力学

3、试验，比较不同沉积条件下湛江黏土宏观物理力学性质差异；通过模型试验和现场试验，研究湛江黏土桩身荷载分担情况及传递规律；通过模型试验，研究黏土中桩土界面摩擦性状和摩擦力沿深度分布规律，研究桩端土承载性状和端阻随深度变化规律；通过模型试验和现场试验研究单桩荷载沉降规律和极限状态下基桩受力和变形特征。3.数值模拟部分：建立桩基-土体三维模型，研究不同荷载下湛江黏土中桩基桩身荷载分担情况和荷载传递规律；通过改变土体参数研究湛江黏土中桩基的受力和变形特性；通过改变桩数、桩长、桩距研究这些参数改变对湛江黏土中桩基工程承载性状的影响。摘要湛江组结构性黏土具有很强的结构性，表现出独特的工程特性

4、，原状土体在受到扰动或者高荷载作用下，土体结构破坏，强度显著降低。在实际工程中，容易在缺乏预兆的情况下产生突然破坏。PHC管桩因具有适应性强、承载力高、工期短等优势，在我国湛江地区正在大量使用。迄今为止，针对湛江组结构性黏土中PHC管桩的试验研究尚未见到。毫无疑问，分析湛江组结构性黏土中PHC管桩的受力状况非常重要。通过湛江组结构性黏土中一定数量PHC管桩现场静载荷试验和桩身内力测试试验资料结果的分析，对PHC管桩在该地区土木工程中的安全应用和可持续发展具有十分重要的现实意义。论文所展开的具体工作以及主要研究成果如下：1、对湛江组结构性黏土中PHC管桩竖向抗压静载试验和桩身内力

5、测试的结果进行分析，得到了PHC管桩在各级荷载下的荷载-沉降（P-S）曲线，各级荷载下桩身轴力沿桩身分布，桩侧摩阻力和桩端阻力发挥性状，以及各土层侧摩阻力与桩土相对位的关系曲线等。研究结果表明PHC管桩在结构性黏土中的受力性状受桩周结构性黏土的影响很大。（1）湛江组结构性黏土中PHC管桩的沉降特性呈现开始缓慢，随着荷载的加大沉降速率显著加快，最终迅速陡降的特征。说明随着桩顶荷载的增大，桩侧土逐步呈现从结构性强化发展到软化，且试验桩达到极限承载力时容易发生断桩现象。（2）试桩桩周土层条件的差异，导致桩身轴力分布特征的差异。受桩周结构性黏土的影响，Z1和Z3桩桩身轴力分布随桩的深度

6、方向衰减相对来说较慢，最终呈“外凸型”曲线；而Z2桩桩周以含黏性土中粗砂为主，桩身轴力分布随桩的深度方向衰减相对较快，最终呈“内凹型”曲线。（3）桩侧摩阻力的发展与分布形态明显受桩周结构性黏土的影响。当桩顶荷载到达极限值时，桩侧极限摩阻力随桩的深度方向分布呈上部大、中间小，下部大的“葫芦截面型”。上部的结构性黏土层发挥极限侧阻出现了明显的应I变软化现象，处在不同深度的湛江组结构性黏土发挥侧阻所需的桩土位移不同，桩土临界位移一般不超过10mm。（4）桩端荷载占桩顶荷载最大仅1.0%，湛江组结构性黏土中PHC管桩呈现典型的摩擦桩特性，所以当场地内湛江组结构性黏土分布较深时，可以选择

7、坚硬或硬塑结构性黏土层直接作为桩端持力层。2、对湛江组结构性黏土中PHC管桩水平静载试验的结果分析，实测得到了PHC管桩在水平荷载作用下的临界荷载以及地基土的水平抗力比例系数，并研究了不同荷载等级下桩身弯矩和土抗力沿桩深度的变化规律。希望试验结果的分析对湛江组结构性黏土地区桩的设计与研究提供参考。结果表明：（1）桩Z1的Y0-m曲线近似呈光滑的双曲线型；桩SM1的Y0-m曲线经历四个阶段：急速降低-快速衰减-缓慢衰减-稳定阶段。地基土水平抗力系数的比例系数m值并非定值，随着荷载或位移的增加呈