复合桩基下地基承载力的极限分析

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,复合桩基下地基承载力的极限分析,韩艳华,南京工业大学,二零零六年五月,研究意义,能量方程的建立,算例与分析,结语与展望,复合桩基下地基承载力的极限分析,一 研究意义,1.,复合桩基下地基土极限状态的研究现状,随着科技的发展，更多更好的深基础形式不断出现。复合桩基作为其中一种，其理论体系正逐步发展成熟，但在整体极限承载力状态和相应破坏模式方面，虽然已经被模型试验证明但仍需进一步研究。,要对整体承载力状态进行分析，必然涉及到承台下地基土的极限性状，至今仅有宰金珉教授利用极限平衡法对地基土极限承载力提高值进行的理论分析。,一 研究意义,2.,极限平衡法的特点,它考虑力的平衡忽略材料的屈服，其解答属于下限解；同时它的计算滑动面虽是人为假定，但假定结构在极限状态下满足破坏机构的条件，其解答又同时属于上限解。,这意味极限平衡法的结果只能作为参考，否则安全性将受到置疑。,一 研究意义,3.,极限分析法的特点,它以满足不同条件的上、下限解来划定极限荷载精确解的可能范围，符合岩土材料没有唯一极限荷载的特点。同时只要注意选择合适的应力场和速度场，精确解就能限制在很小的范围内。,本文将利用其上限定理求解复合桩基下地基土的极限承载力。上限定理简单描述为,按满足（,1,）速度边界条件；（,2,）应变与速度相容条件的假想破坏模式，根据能量原理使外荷载所做功率与土体内部能量耗损率相等所确定的荷载不会小于实际破坏荷载。需要寻求最小的上限解。,可见，应用上限定理的关键是建立能量方程。,一 研究意义,4.,基本假定,（,1,）土体为理想的弹塑性材料。,（,2,）屈服面须处处外凸，且材料须符合相关联的流动法则。,（,3,）土体竖向破坏模式取为典型的,Prandtl,机构。,由于承台下地基土破坏模式的复杂性，本文将土体内部的能量耗损率简便地分为竖直向剖面和水平向绕桩两部分。,二 能量方程的建立,根据能量原理，外力所作功率等于总的内部能量耗损率，可得条形复合桩基单位桩距内半个机构的能量方程如下。,（,1,）,其中，,1.,外部荷载所作功率为,（,2,）,P,为单位桩距承台上作用的外荷载；,为基础在极限状态瞬间的运动速度。,二 能量方程的建立,2.,竖直方向土体内部的能量耗损率,首先，竖直剖面上的破坏模式。,（,3,）,c,、,为对数螺旋区,ACD,的初始速度；,根据能量耗损原理，单位桩距内竖直方向上半个机构的内部能量耗损率由间断线,AC,、,CD,、,DE,和受剪区,ACD,提供，即,其中，,B,为承台宽度，,L,为桩距；,为土的粘聚力与摩擦角；,图,1,竖直剖面上的破坏模式,速度场与竖直剖面参量,二 能量方程的建立,3.,水平绕桩能量耗损率,首先，水平剖面上的破坏模式。,（,4,）,为对数螺旋区,ACD,的初始速度。,根据能量耗损原理，圆桩水平绕桩能量耗损率的一半由间断线,BC,、,BD,、,CE,、,DG,、,EF,、,GH,、,FI,、,HI,和对数受剪区,DEFG,提供，即,图,2,水平剖面上的破坏模式,速度场与水平剖面参量,二 能量方程的建立,4.,复合桩基下地基土的极限承载力上限解,（,5,）,将各式和相关已知量代入式（,1,）得极限承载荷载为,其中，竖直剖面上的能量耗损系数为,圆桩时水平剖面上能量耗损系数为,如图,3,。,则圆桩时承台下地基土极限承载力上限解为,天然地基土体竖向极限承载力上限解为,（,7,）,（,6,）,考虑土体绕桩提高值上限解为,（,8,）,图,3,能量耗损系数与摩擦角的关系图,三,算例与分析,某条形承台横剖面如图,1(a),所示，,，。土层参数，,，。考察 、与 的,关系。,，,解：根据复合桩基定义，桩距为,5,6,倍大桩径，假定桩距,L,为,2.4m,（,6,d,），将各已知量分别代入式（,6,）、（,7,）、（,8,），结果绘于图,4,。,图,4,各承载力参量与摩擦角的关系图,分析结论,总的看，桩的“遮帘作用”对地基土的极限承载力有明确提高，尤其对于软粘性土更为明显。如果只按地基极限承载力的常规方法设计，忽略土体绕桩的提高贡献，桩周土体的承载力计算结果是偏于保守的；而对于复合桩基承台下的地基土，则不能充分发挥复合桩基的承载潜力。,六,结语与展望,本文利用极限分析上限解研究了复合桩基承台下地基土的极限承载力，得到的计算方法更接近实际可能的破坏状态，进一步完善了复合桩基的设计理论。,算例分析表明复合桩基中桩对土体绕流的“遮帘作用”是明确的，无论只是把它当作安全储备还是考虑到设计中，都是合理和有必要的。同时随着土体塑性数值分析的发展，用其进一步验证本文的理论解是今后研究的方向。,结 束,不当之处,敬请指正！,