砂土中静压管桩模型试验及受力性能研究

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1、学校代码10459学号或申请号200711021081402002密级博士学位论文砂土中静压管桩模型试验及受力性能研究作者姓名：郑华茂导师姓名：陈淮教授学科门类：工学专业名称：结构工程培养院系：土木工程学院完成时间：2015年12月Athesis(dissertation)submittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofDoctorModelTestandAnalysisofJackedTubularPileinSandBy：HuamaoZhengSupervisor：Prof.HuaiChenStructuralEngineeringScho

2、olofCivilEngineeringDecember2015原创性声明本人巧重声明，：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进斤研究所取得的成果。除文中己经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。对本文的研巧做出重要贡献的个人和集体，均己在文中ｙ？明确方式标明。本声明的法律责化由本人承担。学位论文作者：日期＞月哨抹巧如沪ｆ学位论文使用授权声明本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子

3、版，允许论文被查阅和借闽■；本人授权巧州大学可ｙ将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，一第署名单位仍然为郑州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。杉１学位论文作者日期；么年１月咕摘要静压桩以其安全性、对环境影响小、施工便捷等特点，得以在工程中大量应用。静压桩在压入和加载过程中，会对桩周土体的应力、密度等产生影响。本文利用镶嵌界面土压力计的试验方法，结合半解析半数值法，通过考虑静压大变形、砂土状态相关剪胀特性，建立数值模型，研究了砂

4、土地基中管桩在静压和随后的水平加载下桩体受力特性。主要研究内容和取得研究成果包括：1.研制了静压模型桩竖向、水平自动加载系统及落砂设备研制和改进了用于桩体静压和水平加载的试验系统。该系统采用PLC伺服电动缸控制，实现自动、稳定和精确加载。通过加入水平加载随动装置，实现以下加载模式：模拟静压桩在恒定竖向荷载和恒定加载速率的贯入；模拟桩体在压入后施加不同加载方式的水平荷载；模拟贯入后对桩体施加竖向、水平向联合荷载。研制了落砂装置，该装置能制备出均匀、重复性好、广泛密实度的砂样，基于该装置通过试验得出了砂样密实度与落距、开口孔径的相关性规律。2.提出一种半解析半数值方法，用于模型试验静压桩

5、的受力变形分析以B样条函数假设桩周荷载分布规律，采用数值法求灵敏度矩阵，基于模型试验测出的各点应变修正灵敏度矩阵，推导出桩周摩阻力和侧压力。通过试验和理论分析得出了静压过程中桩侧压力随着静压贯入、卸载时桩侧压力的变化规律：贯入深度较大桩侧为正摩阻力，贯入深度较小以及轴力卸载至一定值时桩侧为负摩阻力，桩侧摩阻力和侧压力成正比关系。3.利用镶嵌界面微型土压力计模型桩研究静压、水平受荷桩的特性研制镶嵌界面微型土压力计的模型桩，在标定槽内模拟桩周复杂荷载状态，提出加载、卸载和重新加载与输出电信号之间的相关关系。桩体静压试验结果表明，桩端阻力占总阻力比例超过90%，随着压桩深度的增大桩端阻力占

6、总阻力比例有下降趋势；桩侧压力随着贯入深度的增大呈非线性增大趋势，同一深度桩侧压力随贯入深度的增大而降低；水平荷载作用下，迎土侧土压力有峰值，随着水平荷载的增大，峰值的深度逐渐增大；5.5D深度范围内，背土侧土压力极小，深度大于5.5D，背土侧土压力随着深度和荷载的增大而增大。4.利用大变形理论、CEL显式积分算法和状态相关砂土本构理论分析桩体静压和水平加载时的受荷变形特性基于大变形理论，利用耦合欧拉-拉格朗日显式积分算法，得出状态相关砂土本构模型的显式积分表达式，并将其应用于有限元程序ABAQUS中，提出桩体静压和水平受荷数值分析模型。数值模拟结果表明，静压贯入过程桩端处土压力集中

7、，塑性区范围、竖向承载力均随着桩径的增大而增大；贯入初期，桩端上部为负摩阻力，贯入深度增大后，桩侧为正摩阻力；水平荷载作用下桩侧土压力有峰值，水平荷载增大，侧压力峰值深度增大。关键词：静压管桩；砂土；加载设备；模型试验；水平加载；微型土压力计；数值模拟AbstractDuetothesafety,environmentalprotectionandtheadvantageofquickinconstruction,soitisbesttousethejac