圆孔扩张理论的孔壁稳定计算模型.pdf

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1、低温建筑技术2013年第4期(总第178期)·冻土与地基基础·圆孔扩张理论的孔壁稳定计算模型张维炎，鲁嘉，周滴平，周小平(1．浙江省建工集团有限责任公司，杭州310012；2．浙江省建设投资集团有限公司。杭州310012；3．沪昆铁路客运专线浙江有限责任公司，杭州310000)【摘要】主要考虑成孔卸荷效应的影响，将圆孔扩张理论的逆过程和摩尔．库仑理论用于灌注桩成孔后收缩过程及稳定性的研究分析，推导出孔壁稳定性的基本解，建立孔壁稳定平衡的表达式，并基于推导结果提出相关施工建议。【关键词】成孔卸荷效应；圆孔扩张理论

2、；摩尔．库仑理论【中图分类号】TU473．1【文献标识码】B【文章编号】1001—6864(2013)04—0090—03灌注桩成孔卸荷效应是影响其承载性状的根本因形孔，具有初始半径r=／'0，平衡应力为P=P。=kyy(素，也是导致其承载机理极复杂的重要因素。成孔前土为土体重度，Y为土体所在深度)，这时土体处于弹性体处于原始相对平衡和稳定状态，成孔卸荷破坏了孔壁状态，受均匀分布的土压，柱孔随孔压减少渐趋收缩，原始应力，表现为侧向松弛。即使在泥浆压力作用下，导致土体初始平衡状态被打破而逐渐产生径向位移。这种因松

3、弛蠕变产生的侧向变形仍不可忽略，尤其对砂当rf减少至一定程度时，孑L壁土体将从弹性状态变为土散体介质。故可用圆柱孔扩张理论描述成孑L施工的塑性状态，随着进一步减小，砂土最终处于极限塑卸荷过程，将其看作圆柱孔扩张的逆过程。性状态，此时半径记为r，对应应力P符合摩尔．库仑Vesic基于摩尔．库仑条件给出了球形和圆筒形扩极限平衡条件，若无外力平衡，易出现塌孔或缩颈现张问题的基本解⋯，该法广泛应用于岩土工程各领象，故护壁泥浆压力需大于或等于P才能使土体内域，对桩基而言，主要应用于挤土桩居多，极少见有将各点处于平衡状态。

4、总之，由于受成孔卸荷影响，孔该理论的逆过程应用于钻孑L灌注桩的稳定性分析中。侧一定范围土体经历了由弹性状态逐渐向塑性状态对此，本文考虑成孔卸荷条件下，径向应力小于环向演化的过程。应力，将公式进行改进，将其逆过程用于钻孔灌注桩3应力平衡分析稳定性的研究分析，推导出孑L壁稳定性的基本解。分假定桩长径比较大，符合平面应变假定，即一切析成孔后孔壁收缩及变形特征，基于弹塑性理论分析应力分量、形变分量和位移分量只是桩截面平面坐标土体的应力值及弹塑性变化特征，研究处于平衡稳定和Y的函数，不会有沿垂直于平面的纵线方向的位状态时

5、土体的径向应力分布，进而推知土体性质和泥移，即，按轴对称圆孔扩张问题来考虑。浆重度的具体关系式，建立孔壁稳定平衡的计算模型，并基于推导结果提出相关施工建议。1基本假定(1)假定砂土为理想的各向同性的均质弹塑性材料，屈服不受静水效应影响，体积不可压缩。(2)假设砂土含有极少量粘粒，其粘聚力可忽略不计，故e=0。弹性区(3)假定桩的长径比较大，属大直径长桩。(4)塑性区内砂土可压缩，抗剪强度指标关系图l单元体分析一轴对称课题的应力状态符合摩尔-库仑准则。(5)塑性区以外砂土是各向同性的固体材料，同心圆上各点因轴对称

6、都具有相同应力状态：任符合线弹性变形关系。一点径向应力为主应力or，切向应力为主应力or。，如2土体应力状态分析图1所示，将力系径向叠加并略去高阶项，得应力平衡可将灌注桩桩孔看成是无限土体内的理想圆柱方程：【基金项目]卜海市重点学科建设资助项日(B308)；f：海城建(集团)公司资助项目张维炎等：圆孔扩张理论的孔壁稳定计算模型91利用虎克定理可求得弹性区的应力场为：孥+：0(1)Qrr=p。+(Po)()已知条件为：J(6)rr(。。)p。l()(手){or(1"0)=P0(2)式中，为r=rp处的径向应力，得

7、：【(r)=P。=or(1一simp)p0(7)几何方程为：一r=一du／dr弹性区的位移为：{(3)【0=一u／r“=()(8)式中，r为孔心至任一点的距离；o-、or。为径向应令A=(1+)(Or-po)／E(9)力及切向应力；r0、r为初始半径和塑性半径；p。、P为在弹塑性交界处，由几何方程可得r=rn处的极静水压力及塑性半径r对应的应力；、。为径向应限弹性应变为：力和切向应变；为土体位移。8：=一；：A(10)4摩尔．库仑条件分析5．2塑性区成孔卸荷导致导致孔径向内扩张，使圆柱形环侧当土体屈服后，形成的

8、塑形区总应变为弹性极限的局部区域从弹性区域过渡为塑性区域，故使孔壁边应变s：、s；和屈服后产生的塑性应变8ps：之和：缘处于塑性极限状态，满足摩尔一库仑极限平衡条件(对砂土而言，C=0)，对于缩孔卸载问题，与圆柱扩孔f占r=：+(11)问题相反，径向应力是小主应力，环向应力是大主应【se=8；+：力，如图2所示。由式(5)可得塑性区位移协调方程为：h_du+旦=一A(h一1)(12)由