风化节理花岗岩中嵌岩桩水平承载特性分析

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嵌岩桩在海上风电、跨海大桥等海洋结构中的应用十分广泛,但目前对于风化岩地基中桩岩相互作用与嵌岩桩水平承载特性的研究仍然较少,风化节理对嵌岩桩水平承载特性的影响尚不明确,因此很有必要研究风化岩地基中嵌岩桩的承载特性与力学行为,提出更合理的嵌岩桩水平承载特性分析方法,以优化桩基设计。本文通过理论分析,结合现场试验数据,对比了现有的桩基水平承载特性分析方法,结果表明m法、常数法等方法的计算结果虽然基本能够符合工程要求,但针对风化岩石地基缺乏合理的参数计算方法,因此基于现场试验数据通过有限差分软件建立了嵌岩桩数值模型,对岩体力学参数和桩基参数等影响桩岩相互作用的因素进行了参数分析,提出了m法中地基反力系数比例系数的拟合计算公式。本文还针对刚性桩的受力特点,基于常数法的假设并考虑了竖向侧摩阻力的影响,提出了刚性桩水平受荷响应的计算方法,相比于未考虑侧摩阻力时的计算结果更加精确,通过数值模型进行参数分析提出了常数法中地基反力系数的计算公式。通过现场试验数据对文中提出的方法进行了验证,结果与实际情况较为相符。本文基于离散单元法建立了含单组平行节理和三组正交节理的嵌岩桩模型,研究了风化节理对桩岩相互作用与嵌岩桩水平承载机理的影响,基于双曲线型p-y曲线模型提出了初始刚度Ki的拟合计算公式,分析了单组节理岩体与三组节理岩体的反力分布特征,并根据分析结果基于楔形破坏模型提出了岩体水平极限承载力pu的计算方法,与基于各向同性连续体模型的理论相比反映了岩体的各向异性特征,更接近于桩岩相互作用的实际情况,同时基于提出的理论计算了不同岩块与节理条件下嵌岩桩的水平受荷响应,结果与数值模拟结果较为吻合。最后,本文结合福建平潭海上风电实际工程项目,确定了项目中风化岩地基的力学参数,采用本文提出的理论方法计算了桩岩相互作用的p-y曲线以及风机单桩基础在设计荷载下的内力与变形,可以为相关工程水平承载嵌岩桩的设计提供参考。
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