岩质陡坡桥梁桩基承载机理及其分析方法研究

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1、学校代号：10532学密号：B03011026级：湖南大学博士学位论文岩质陡坡桥梁桩基承载机理及其分析方法研究国家自然科学基金项目(50578060)资助湖南省交通科技项日(200513)资助Y893"215兰焦虫遗厶娃名；扬明龌翘娃名量里拯：赵明坐教援～墙羞里焦；±盔王捏堂瞳。童、业耋盐!蚩±王捏迨窒握至旦塑；2QQ§生4旦5臼逾塞签整旦塑!!QQ§生5旦28日签拦委虽金圭显!§I堡生煎援博士学位论文摘要随着我国西部山区高速公路建设的蓬勃发展，为满足线形及保护自然环境的需要，在岩质陡坡段采用高架桥形式穿越不可避免。此时，如何确保陡

2、坡桥梁桩基的设计合理与工程安全是一个值得工程技术人员密切关注的问题，而深入地了解其承载机理及准确的内力分析计算是解决该问题的基本前提。为此，本文结合国家自然科学基金项目“陡坡段桥梁桩基设计理论与数值模拟方法研究”(50578060)和湖南省交通科技项目“高陡边坡段桥梁桩基设计与防护技术研究”(200513)，从理论与试验上对该问题进行较系统深入的研究，提出整套岩质陡坡桥梁基桩的设计计算理论。本文首先详细论述了常规竖向承压桩及被动桩在竖向荷载、横向荷载以及组合荷载作用下的受力特性，分析了岩质陡坡桥梁桩基与常规桩基的主要区别。在此基础上

3、，通过建立合理的桩侧、桩端荷载传递模型，并考虑到桩周岩层的分层特性及侧阻发挥程度，导出了桩顶沉降量的计算公式，从而提出了按桩顶沉降量控制基桩竖向承载力的方法。此外，在分析了受荷特点之后，将荷载归为桩顶竖向荷载及横向荷载、滑体下滑推力及桩周岩体抗力，并以滑动面为界，基于聊法，分别建立了基桩挠曲微分方程，进而采用幂级数求解，推导出基桩内力计算公式，从而解决岩质陡坡桥梁基桩的内力及位移分析问题。为进一步探讨岩质陡坡桥梁桩基的受力特性，引入数值流形方法解决了岩质边坡桥梁基桩体系中的两大关键问题：桩岩接触面的不连续变形问题与桩周岩体的本构模型

4、的确定问题。针对桩岩接触面的不连续变形特性，对可能出现的大变形情形，采用一般接触进入理论求解，将接触关系视为点与边的接触，重点解决接触关系的寻找与确定及接触关系开合迭代的实施方法；而针对一般接触进入理论计算繁琐的缺点，对于更为普遍的小变形情况，引入扩展Lagrange乘子法进行求解，从而更为快速的求解桩岩接触面的接触问题；针对桩周岩体应变软化的特点，通过引进统计理论及损伤力学，建立出岩石的统计损伤本构模型，并推导出相应的本构矩阵，采用弧长法求解非线性方程，进而基于VisualC++平台编制了大型的数值流形方法的应用程序。在解决上述两

5、个关键问题后，建立了岩质陡坡桥梁基桩的计算模型，通过改变模型参数等方法，对其影响因素及嵌岩深度问题进行了详细探讨，提出了合理的嵌岩深度与围岩稳定厚度。最后，设计并完成了多组岩质边坡基桩的室内模型试验，通过改变荷载方式、桩顶自由长度等参数，在分析桩侧下滑推力以及基桩内力与位移的分布规律的基础上，进一步分析了岩质边坡基桩的受力影响因素及相关规律，并结合论文依托岩质陡坡桥梁桩基承载机理及其分析方法研究工程，通过对现场观测试验实测结果与理论计算结果的对比分析，进一步验证了本文理论方法的可靠性。关键词：桩基础；岩质边坡；内力分析；桩岩接触面；

6、岩石本构模型；数值流形方法；室内模型试验；现场观测试验ll博士学位论文ABSTRACTWiththerapiddevelopmentoftheexpresswayinthewesternmountainousareasofourcountry,itisinevitabletouseelevatedviaductsintherockslopeinordertosatisfythegeometricaldesignrequirementsandtoprotecttheenvironments．Sothat，itisdefinitelya

7、keyproblem，thatistoconformtherationaldesignandsafetyintheprojeetsandthenprovidetheaccuracyinternalforceanalysisbasedonthefullyunderstandingforitsbearingmechanics，forengineers．Inthisdissertationthoseproblemsaredetailedinvestigatedandresearchedfromtheoryandtestfieldsinor

8、dertoprovideguidanceforthepracticalprojects，combinedwiththeNationalNaturalScienceFundationofchina“studyonthenumerical