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原文传递路堤堆载作用下邻近被动桩与路基疏桩抗侧稳定分析

论文题名：	路堤堆载作用下邻近被动桩与路基疏桩抗侧稳定分析
关键词：	基底疏桩地基;邻近桩基;路堤堆载作用;抗侧稳定性
摘要：	在道路桥梁、港口码头等工程中基础桩基有时不仅直接承担作用于桩顶的主动荷载，还需承受土体因自重或外部荷载引起的侧向位移的作用，尤其在软土分布地区由堆填加载或开挖卸载等引起的土体侧移作用尤为明显，可能导致既有或拟建桩基的承载与变形特征发生改变，例如，原抗压承载力与沉降控制的竖向抗压桩，可能转变为被动水平附加荷载控制的抗侧稳定问题。这种控制状态发生转变的被动桩，相对阻滑或支护等被动桩更加复杂、且更容易被疏忽而引发工程事故或安全隐患。然而目前国内外对此类问题的分析多依赖于工程经验的估算，缺乏实用有效的分析方法。因此，有必要对此类被动桩性状进行系统的研究。　　论文以路堤堆载作用下邻近桩基和基底疏桩地基为研究对象，针对不对称边载作用下被动桩基的被动受荷响应，通过理论推导建立了路堤堆载作用下邻近桩基力学响应的简化解析计算方法和半解析计算模型;采用现场试验与数值分析的研究手段，揭示了疏桩路基的荷载传递机理和抗侧稳定机制，继而通过理论推导建立了考虑路堤-疏桩-地基共同作用的竖向荷载效应分析模型，以及路基疏桩抗侧失稳分析的简化实用计算方法;并对相关分析模型和计算方法进行了程序实现和工程验证。主要完成的工作包括以下几个方面: 　　(1)基于土体位移与邻近基桩的相互作用机理，推导了考虑桩顶轴向荷载作用影响的被动桩解析计算方法。根据现场实测资料分析了堆载作用下软土地基侧移或不稳定土坡土体位移模式的特点，揭示了被动桩的受力变形机制;继而基于地基反力法计算理论与Euler-Bernouli梁理论推导出桩身微分控制方程，考虑到桩顶轴向荷载的影响，利用常系数地基模型和被动荷载分布（矩形、三角形和抛物线形）的简化假定，推导了桩身受力响应的解析解答。　　(2)明确了路堤堆载作用下桩身被动荷载效应，建立了邻近路堤堆载既有桩基被动受荷响应的半解析计算模型。利用Boussinesq理论解推导出路堤堆载作用下地基的附加侧向荷载应力，进而得到被动桩被动侧土压力计算式，通过对Tomio Ito局部塑形理论模型的改进，结合绕桩极限阻力模型给出了桩身被动荷载的确定方法，并在此基础上结合三参数地基模型，考虑到地基非线性和桩身轴向力的影响，推导建立了路堤堆载作用下邻近基桩的受力变形控制方程，通过桩身离散并假定每段桩单元上地基反力系数为常数，利用各桩段单元的解析解和矩阵系数传递的方法，求得了被动基桩各节点处的受力变形半解析解;将其进一步扩展，考虑到横梁约束和桩间影响，给出了双桩排架结构的简化计算分析模型。　　(3)明确了疏桩路基基底桩土荷载分担，为疏桩承载机理和抗侧稳定分析提供基础。通过锡张高速试验段的现场试验，对基底桩土应力、变形特征等进行分析，揭示了疏桩路基的竖向荷载传递机理;并据此基于Marston埋管理论，结合单桩分析模型(Unit Cell)，根据界面弹塑性假定考虑了对模型中界面剪切强度的应力水平修正，推导建立了路基荷载传递的分段平衡解析计算模型，继而结合筋材抛物线挠曲函数膜理论，给出了考虑多层加筋“兜提”效应的路基-加筋垫层双层体系简化分析方法。　　(4)揭示了路基疏桩的稳定机理，建立了路基疏桩抗侧稳定的实用计算方法。通过数值模拟对疏桩路基结构中不同位置处桩身的受力、变形特征进行分析，揭示了路肩范围疏桩的竖向“减载”和边坡范围疏桩的侧向“抗力”的稳定机理;并据此基于基桩挠曲变形破坏分析模式，将路基疏桩的抗侧稳定问题简化为坡脚处基桩的抗侧受力与变形验算，结合被动基桩半解析计算模型给出了路基疏桩抗侧受力与变形的实用计算方法。　　(5)对上述分析模型和计算方法进行了程序实现和验证，并将之应用于工程实践分析。基于上述模型和解答，分别编制了相应的计算程序，通过计算与已有理论解和试验研究实测结果的对比分析，验证了分析模型和计算方法的合理性;继而分别对连云港某疏港高速互通高架桥墩柱偏移事故工程案例、张家港XZ高速某枢纽高架桥墩柱偏移事故工程案例和江苏某公路管涵开挖引起的疏桩偏位事故工程案例进行了分析。
作者：	张浩
专业：	交通运输工程
导师：	胡伍生;石名磊
授予学位：	博士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文