汇报PHC管桩软土复合地基设计理论牛永前.ppt

9月份论文进展汇报,汇报人 牛永前 2014.9.15,主要内容,1.课题背景 2.主要研究内容 2.1 PHC管桩软土复合地基承载力问题 2.2 高路堤下PHC管桩软土复合地基稳定性问题 2.3 高填方路堤（柔性基础）PHC管桩稳定性的新问题 2.4 软土地基上高填方路堤的探讨 3.Abaqus数值模拟的学习,1.课题背景,高填方路堤,为什么要使用高填方路堤？ 包茂高速K22+180断面采用40m高填方路堤，主要是从土方处理，环境友好方面出发。 高填方路堤带来的问题 不均匀沉降较普通路基大 高填方路堤高边坡易失稳滑坡 高填方路堤侧向水平位移过大,高路堤下软土地基,天然含水量大 压缩性高 承载能力低 软土地基侧向位移产生上部路堤沉降,软土地基处理PHC管桩复合地基,建筑工程中常用的刚性基础（刚性基础） 公路地基处理中开始广泛采用（柔性基础） 与软土地基组成刚性竖向增强体复合地基 PHC管桩可按照粘结材料刚性桩复合地基考虑,软土地基处理PHC管桩复合地基,复合地基分类方法,复合地基,竖向增强体复合地基,水平增强体复合地基,粘结材料桩,散体材料桩,柔性桩复合地基,刚性桩复合地基,2.主要研究内容,2.1 PHC管桩软土复合地基承载力,软土复合地基承载力,确定桩体的承载能力,确定桩间土承载力 ,根据一定的原则叠加,PHC管桩竖向极限承载力取值,虽然在复合地基理论上分类为粘结体材料，但由于其强度刚度 大，本质上应按摩擦桩计算其竖向极限承载力,2.1 PHC管桩软土复合地基承载力,软土地基极限基承载力确定,1.荷载试验,浅层平面板试验(PLT) 深层平面板试验 螺旋板荷载试验(SPLT),2.1 PHC管桩软土复合地基承载力,2.1 PHC管桩软土复合地基承载力,2.理论计算,斯开普顿（Skempton)地基承载力公式（饱和软土地基）,地基承载力不足产生地基滑动 破坏，近似于土体不固结不排水 条件下受剪破坏。 （规范参见公路桥涵与地基基础 设计规范3.3.5-1）,2.1 PHC管桩软土复合地基承载力,汉森（Hansen)地基承载力公式,2.1 PHC管桩软土复合地基承载力,影响桩间土极限承载力的因素,2.1 PHC管桩软土复合地基承载力,基础刚度对软土复合地基承载力影响,刚性基础实验,柔性基础实验,吴慧明博士（宁波大学）,实验结论,刚性基础复合地基 桩土沉降一致 桩首先承受较大荷载，达到极限状态 随后土达到极限状态 复合地基中桩的极限承载力比自由单桩大 土的极限承载力比原状土大,2.1 PHC管桩软土复合地基承载力,柔性基础 柔性基础桩和土的变形相对自由发展 正常情况下土先承受较大荷载，然后达到极限状态 桩的承载力发挥程度较小 土的极限承载力比原状土地基大,2.1 PHC管桩软土复合地基承载力,2.2 高路堤下PHC管桩软土复合地基稳定性,（a）刺入破坏,（b）鼓胀破坏,（c）桩体剪切破坏,（d）滑动剪切破坏,2.2 高路堤下PHC管桩软土复合地基稳定性,现有的稳定性分析法圆弧分析法,图示 圆弧分析法,2.2 高路堤下PHC管桩软土复合地基稳定性,传统设计研究方式： 失稳破坏是达到了复合地基土体抗剪强度极限,2.2 高路堤下PHC管桩软土复合地基稳定性,思考,40m高路堤下PHC管桩软土复合地基稳定性 是否适合上述的稳定性研究和设计方法呢？,PHC管桩属于刚度很大的复合地基竖向增强体 40m高填方的荷载较10m左右的高路堤有很大区别,2.3高填方路堤（柔性基础）PHC管桩稳定性的新问题,高路堤高强度高刚度管桩实际破坏形式,2.3高填方路堤（柔性基础）PHC管桩稳定性的新问题,天津大学郑刚教授采用离心机试验，数值模拟 发现高路堤下桩的破坏形式：,弯曲破坏 桩体倾斜 桩体侧移 桩体剪切破坏 桩体受压破坏 桩周土体绕流,刚性桩加固地基数值模拟计算模型示意图,2.3高填方路堤（柔性基础）PHC管桩稳定性的新问题,数值模拟模型建立方法,将三维问题等效为二维平面应变问题，并将桩体等效为沿路堤 纵向的等效连续墙体，分别按抗剪强度等效和抗弯强度等效。,墙体等效方式 示意图,2.3高填方路堤（柔性基础）PHC管桩稳定性的新问题,郑刚按照桩的等效连续墙体的方法路堤稳定性数值模拟结果,2.3高填方路堤（柔性基础）PHC管桩稳定性的新问题,按照桩的不同位置区别分析PHC管桩受力形式,2.4软土地基上高填方路堤的探讨,40m高填方路堤属于罕见工况，已有的路堤设计当中没有太多 可供参考的。,图示 竣工期土石坝水平位移云图abaqus在岩土工程中的应用，与 K22+180断面有较好的相关性,2.4软土地基上高填方路堤的探讨,2.4软土地基上高填方路堤的探讨,3.Abaqus数值模拟的学习,1.步骤练习：简单桁架结构,3.Abaqus数值模拟的学习,2.太沙基一