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1、第31卷 第3期西安建筑科技大学学报Vol131No131999年9月J.Xi'anUniv.ofArch.&Tech.Sep11999灰土挤密桩成孔过程中孔周土体的应力分析韩晓雷 黄 义(西安建筑科技大学建筑工程系,西安,710055;第一作者男,42岁,副教授)摘 要 基于平面应变问题的假定前提,应用弹塑性理论,分析了灰土挤密桩成孔过程中孔周土体的应力变化,建立了孔周土体有效挤密半径的计算公式.关键词 厚壁圆筒;平面应变;屈服区域;径向应力中图分类号 TU431Analysisonthestressofthesoilaroundthehole
2、inhole-formationwithlimesoilcompactionpileHanXiaoleiHuangYi(Dept.ofCons.Eng.,Xi'anUniv.ofArch.&Tech.Xi'an,710055)AbstractInviewofthepremiseofplanestrainproblemandbyapplyingelastoplastictheory,thestressregularityofthesoilaroundtheholeintheholeformationwithlimesoilcompactionpile
3、isdiscussed,andaformulaontheeffectivecompactionradiusofthesoilaroundaholeisestablished.Keywordsthickwallbarrel,planestrain,yieldregion,radialstress灰土挤密桩是黄土地区特别是湿陷性黄土地区最常用和最有效的地基处理方法之一.但是对灰土挤密桩成孔过程中孔周土体的应力变化和随应力变化发生的孔周土体挤密机理研究却鲜见报导.本文基于平面应变问题的假定前提,应用弹、塑性理论对灰土挤密桩成孔过程中孔周土体的应力变化进行
4、了分析,建立了孔周土体有效挤密半径的计算公式.1 假定前提工程实践表明,当灰土挤密桩成桩间距设计合理时,土体的挤密基本是沿侧向发生的(孔周土体含水量过大无法使土体产生侧向挤密的工程情况涉及到流变理论和流体力学理论,而桩孔间距不合理导致的基底明显上鼓的工程情况则为一复杂的空间应力状态问题,此两类问题均不属于本文讨论的问题之列).因此本文假定挤密成孔过程中孔周土体受力分析可按平面应变问题进行.2 挤密成孔过程中孔周土体应力分析211 按弹性理论分析如果沿用土中自重应力计算的基本假定,把挤密成孔以前的土体视作均质、连续的半无限弹性介LL质,则任意水平面内
5、的自重应力(原始应力)呈现二向等压状态,即Rcx=Rcy=Rz=Cz、Sxy=Syz=1-L1-LSzx=0,z深度水平上的应力状态如图1所示.由于挤密成孔所用钢筒为圆筒形,挤密后土体中的应力是极对称的,故用极坐标法进行应力分析,如图2所示.收稿日期:1999207212第3期 韩晓雷等:灰土挤密桩成孔过程中孔周土体的应力分析 257挤密成孔过程中的孔周土体可视为一个很厚的厚壁圆筒,在半径很大处,径向应力和切向应力都等于土的原始应力,即r→∞时,Rr=RH=q=LCz,在r=r0(钢筒半径)外,设孔壁上的
6、挤压1-L力为pn,钢筒与土之间的摩擦应力为零,定义pu如下图1 土体中的原始应力pu=pou+q(1)其中,pou为孔壁上的压力增量,引用二向等压状态下圆形巷道围岩弹性应力分析[1]结果可以求得BRr=+Ar2(2)BRH=+Ar2式中:B、A为待定常数.图2 孔周应力分析示意图引入如下边界条件:r=r0时,Rr=pou+q;r=∞;Rr=q可以解得2A=qB=pour0(3) 将(3)式代入(2)式可得,按弹性理论孔周土体的应力变化公式如下22pour0pour0LRr=+q=+Czr2r21-L22pour0pour0LRH=-+q=-2+
7、Cz(4)r2r1-L 由(4)式可以解得孔壁上的RHLRH(r=r0)=-pou+Cz(5)1-L 挤密成孔过程中,孔壁上的压力一旦等于土的极限承载力时,孔壁周围的土体就会发生挤压破坏和挤密变形,孔壁压力不再持续升高,因此具体工程的孔壁压力可以通过实验加以确定.处于可塑状态的[2]一般黄土,其极限承载力一般都在400kPa以上.另外,假定需要进行挤密处理的黄土土层天然重度小3于18kNöm,即10m范围以内土的竖向应力Rcz≤180kPa,5m范围以内Rcz≤90kPa,引入可塑状态黄土L[3]侧压力系数的实测值,k0==0143可得1-LH
8、=10m处 q=k0Rcz≤7714kPaH=510m处q=k0Rcz≤3817kPa 将上述结果代入(5)式可以得到
