存在软弱下卧层的大直径灌注桩承载力非线性有限元分析

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桩基础是一种良好、稳固的基础形式,对于对变形要求特别严格以及载荷很大的结构物来说,桩基础是往往是一种首选的基础形式.大直径桩基础的单桩承载力高可以减少承台工作量,以及能够承受较大的水平荷载大等优点,有着更为显著的优越性,越来越被广泛认可和应用.在广州及中国其它不少的软土地区中,存在着软层、硬层相互交层的地质条件,这些存在软弱下卧层的有限厚度硬层能否作为桩基的持力层一直是工程界非常重视的一个问题,若能合理的采用则可以起到减少桩长、节约基础造价的目的.对于较薄的持力层,应综合考虑桩端进入持力层的深度和桩端下持力层的厚度,两者都会影响到极限端阻力的大小.目前对端阻的深度效应以及桩端下持力层的冲切破坏均只有半理论半经验的计算公式,能够同时考虑两者影响的方法更少之又少,对于软弱下卧层对持力层的反作用力,以往的冲切验算方法基本上都没有考虑软弱下卧层对持力层提供的反力与其变形之间的关系.该文采用非线性有限元对存在软弱下卧层的大直径单桩承载力进行分的.轴对称有限元理论利用结构的轴对称特性,将空间问题转换成平面问题分析,可以大大减少计算量.软弱下卧层采用文克勒弹簧模型考虑其对持力层的反作用力,土体材料采用Duncan-Chang非线性弹性模型考虑岩土材料的非线性,桩土的相互作用采用Clough-Duncan本构关系的六结点无厚度接触单元,土单元及接触单元均采用莫尔-库仑屈服准则作为判断准则.利用所采用的计算方法及理论,编制了相关的Visual Fortran非线性有限元程序,通过试算分析确定了计算范围及选取的参数.对一系列不同桩径、桩端进入持力层深度及持力层厚度的情况进行了分析,整理出桩基础的破坏形态、荷载位移曲线、极限承载力等方面的数据,总结出有软弱下卧层的薄硬夹层的受力破坏机理,提出实际工程实践中利用软土中的薄硬夹层作为桩基持力层的方法.
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