匯報PHC管樁軟土復合地基設計理論牛永前.ppt

9月份論文進展匯報,匯報人 牛永前 2014.9.15,主要內容,1.課題背景 2.主要研究內容 2.1 PHC管樁軟土復合地基承載力問題 2.2 高路堤下PHC管樁軟土復合地基穩(wěn)定性問題 2.3 高填方路堤（柔性基礎）PHC管樁穩(wěn)定性的新問題 2.4 軟土地基上高填方路堤的探討 3.Abaqus數(shù)值模擬的學習,1.課題背景,高填方路堤,為什么要使用高填方路堤？ 包茂高速K22+180斷面采用40m高填方路堤，主要是從土方處理，環(huán)境友好方面出發(fā)。 高填方路堤帶來的問題 不均勻沉降較普通路基大 高填方路堤高邊坡易失穩(wěn)滑坡 高填方路堤側向水平位移過大,高路堤下軟土地基,天然含水量大 壓縮性高 承載能力低 軟土地基側向位移產(chǎn)生上部路堤沉降,軟土地基處理PHC管樁復合地基,建筑工程中常用的剛性基礎（剛性基礎） 公路地基處理中開始廣泛采用（柔性基礎） 與軟土地基組成剛性豎向增強體復合地基 PHC管樁可按照粘結材料剛性樁復合地基考慮,軟土地基處理PHC管樁復合地基,復合地基分類方法,復合地基,豎向增強體復合地基,水平增強體復合地基,粘結材料樁,散體材料樁,柔性樁復合地基,剛性樁復合地基,2.主要研究內容,2.1 PHC管樁軟土復合地基承載力,軟土復合地基承載力,確定樁體的承載能力,確定樁間土承載力 ,根據(jù)一定的原則疊加,PHC管樁豎向極限承載力取值,雖然在復合地基理論上分類為粘結體材料，但由于其強度剛度 大，本質上應按摩擦樁計算其豎向極限承載力,2.1 PHC管樁軟土復合地基承載力,軟土地基極限基承載力確定,1.荷載試驗,淺層平面板試驗(PLT) 深層平面板試驗 螺旋板荷載試驗(SPLT),2.1 PHC管樁軟土復合地基承載力,2.1 PHC管樁軟土復合地基承載力,2.理論計算,斯開普頓（Skempton)地基承載力公式（飽和軟土地基）,地基承載力不足產(chǎn)生地基滑動 破壞，近似于土體不固結不排水 條件下受剪破壞。 （規(guī)范參見公路橋涵與地基基礎 設計規(guī)范3.3.5-1）,2.1 PHC管樁軟土復合地基承載力,漢森（Hansen)地基承載力公式,2.1 PHC管樁軟土復合地基承載力,影響樁間土極限承載力的因素,2.1 PHC管樁軟土復合地基承載力,基礎剛度對軟土復合地基承載力影響,剛性基礎實驗,柔性基礎實驗,吳慧明博士（寧波大學）,實驗結論,剛性基礎復合地基 樁土沉降一致 樁首先承受較大荷載，達到極限狀態(tài) 隨后土達到極限狀態(tài) 復合地基中樁的極限承載力比自由單樁大 土的極限承載力比原狀土大,2.1 PHC管樁軟土復合地基承載力,柔性基礎 柔性基礎樁和土的變形相對自由發(fā)展 正常情況下土先承受較大荷載，然后達到極限狀態(tài) 樁的承載力發(fā)揮程度較小 土的極限承載力比原狀土地基大,2.1 PHC管樁軟土復合地基承載力,2.2 高路堤下PHC管樁軟土復合地基穩(wěn)定性,（a）刺入破壞,（b）鼓脹破壞,（c）樁體剪切破壞,（d）滑動剪切破壞,2.2 高路堤下PHC管樁軟土復合地基穩(wěn)定性,現(xiàn)有的穩(wěn)定性分析法圓弧分析法,圖示 圓弧分析法,2.2 高路堤下PHC管樁軟土復合地基穩(wěn)定性,傳統(tǒng)設計研究方式： 失穩(wěn)破壞是達到了復合地基土體抗剪強度極限,2.2 高路堤下PHC管樁軟土復合地基穩(wěn)定性,思考,40m高路堤下PHC管樁軟土復合地基穩(wěn)定性 是否適合上述的穩(wěn)定性研究和設計方法呢？,PHC管樁屬于剛度很大的復合地基豎向增強體 40m高填方的荷載較10m左右的高路堤有很大區(qū)別,2.3高填方路堤（柔性基礎）PHC管樁穩(wěn)定性的新問題,高路堤高強度高剛度管樁實際破壞形式,2.3高填方路堤（柔性基礎）PHC管樁穩(wěn)定性的新問題,天津大學鄭剛教授采用離心機試驗，數(shù)值模擬 發(fā)現(xiàn)高路堤下樁的破壞形式：,彎曲破壞 樁體傾斜 樁體側移 樁體剪切破壞 樁體受壓破壞 樁周土體繞流,剛性樁加固地基數(shù)值模擬計算模型示意圖,2.3高填方路堤（柔性基礎）PHC管樁穩(wěn)定性的新問題,數(shù)值模擬模型建立方法,將三維問題等效為二維平面應變問題，并將樁體等效為沿路堤 縱向的等效連續(xù)墻體，分別按抗剪強度等效和抗彎強度等效。,墻體等效方式 示意圖,2.3高填方路堤（柔性基礎）PHC管樁穩(wěn)定性的新問題,鄭剛按照樁的等效連續(xù)墻體的方法路堤穩(wěn)定性數(shù)值模擬結果,2.3高填方路堤（柔性基礎）PHC管樁穩(wěn)定性的新問題,按照樁的不同位置區(qū)別分析PHC管樁受力形式,2.4軟土地基上高填方路堤的探討,40m高填方路堤屬于罕見工況，已有的路堤設計當中沒有太多 可供參考的。,圖示 竣工期土石壩水平位移云圖abaqus在巖土工程中的應用，與 K22+180斷面有較好的相關性,2.4軟土地基上高填方路堤的探討,2.4軟土地基上高填方路堤的探討,3.Abaqus數(shù)值模擬的學習,1.步驟練習：簡單桁架結構,3.Abaqus數(shù)值模擬的學習,2.太沙基一