【博士】濕陷性黃土地基中矩形閉合型地下連續(xù)墻橋梁基礎(chǔ)負(fù)摩阻力作用機(jī)理研究【2008】

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　　學(xué)科專業(yè)：防災(zāi)減災(zāi)工程及防護(hù)工程　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：西南交通大學(xué)　　學(xué)位年度： 2008年　　矩形閉合型地下連續(xù)墻(以下簡(jiǎn)稱閉合墻)是近三十年來發(fā)展起來的一種新型的橋梁基礎(chǔ)。它以承載力高、剛度大、工程量小、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，受到了橋梁工程界的廣泛關(guān)注和青睞，具有很高的推廣價(jià)值和廣闊的工程應(yīng)用前景?！　≡谖覈?guó)西部遼闊的黃土地區(qū)，巨厚的黃土地層中沒有良好的樁端持力層，如果采用閉合墻作為橋梁基礎(chǔ)，充分利用其良好的工程特性，將會(huì)對(duì)橋梁的安全、經(jīng)濟(jì)和施工等帶來明顯的效益。然而，在黃土地區(qū)采用閉合墻作為橋梁基礎(chǔ)，一個(gè)不容忽視的問題便是濕陷性黃土地基引發(fā)的負(fù)摩阻力問題?！　”疚牟捎昧耸覂?nèi)模型試驗(yàn)、數(shù)值模擬和理論分析三種方法對(duì)閉合墻基礎(chǔ)的豎向承載特性、負(fù)摩阻力的作用機(jī)理、負(fù)摩阻力作用下閉合墻基礎(chǔ)的承載性狀以及負(fù)摩阻力的計(jì)算方法等進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，研究成果為黃土地基中閉合墻基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)和參考。主要研究?jī)?nèi)容和成果如下：　　(1)根據(jù)彈性力學(xué)原理，提出了模型閉合墻的簡(jiǎn)化力學(xué)模型，并采用半逆解法推導(dǎo)了閉合墻基礎(chǔ)內(nèi)、外側(cè)表面處的軸向應(yīng)變與單位側(cè)摩阻力關(guān)系的解析解：該解析解的求出，為豎向載荷模型試驗(yàn)中閉合墻以及筒樁等同類型基礎(chǔ)所量測(cè)的內(nèi)、外側(cè)應(yīng)變進(jìn)行數(shù)據(jù)處理提供了理論依據(jù)，進(jìn)而為基礎(chǔ)一土相互作用研究提供了真實(shí)、準(zhǔn)確的試驗(yàn)結(jié)果?！　?2)采用自行研發(fā)的室內(nèi)模型試驗(yàn)裝置，進(jìn)行了閉合墻豎向載荷模型試驗(yàn)和室內(nèi)浸水模型試驗(yàn)。其中，豎向載荷模型試驗(yàn)對(duì)閉合墻基礎(chǔ)的豎向承載特性、墻一土一承臺(tái)相互作用和群墻效應(yīng)作了系統(tǒng)的研究。研究發(fā)現(xiàn)：?jiǎn)纹瑝A(chǔ)的豎向承載特性與灌注樁十分類似，而閉合型地連墻基礎(chǔ)的承載機(jī)理較之單片墻基礎(chǔ)要復(fù)雜得多。閉合墻基礎(chǔ)內(nèi)、外側(cè)摩阻力并非同步發(fā)揮，內(nèi)摩阻力沿埋深呈冪函數(shù)曲線分布，內(nèi)摩阻力的最大值出現(xiàn)在墻端附近。　　(3)通過單片墻與閉合墻的室內(nèi)浸水模型試驗(yàn)，研究了矩形閉合墻基礎(chǔ)負(fù)摩阻力的作用機(jī)理以及浸水后閉合墻基礎(chǔ)的豎向承載性狀，試驗(yàn)結(jié)果表明：負(fù)摩阻力分布曲線大致呈拋物線型。閉合墻基礎(chǔ)的中性點(diǎn)位置比單片墻的低，在相同的濕陷性黃土地層且浸水條件相同的情況下，閉合墻浸水后的附加沉降小于單片墻，表現(xiàn)出良好的抗沉降特性。　　(4)提出了一種模擬黃土濕陷變形的簡(jiǎn)便合理的新方法——模量折減法。模量折減法通過對(duì)發(fā)生濕陷區(qū)域土體變形模量的折減和容重的增加來進(jìn)行自重濕陷變形的模擬，并在底部非濕陷性土層中采用減小容重法對(duì)底部土層的壓縮變形進(jìn)行控制。從蒲城現(xiàn)場(chǎng)浸水試驗(yàn)和阿塞拜疆現(xiàn)場(chǎng)浸水試驗(yàn)兩個(gè)數(shù)值模擬算例的計(jì)算結(jié)果來看，模量折減法概念清楚、操作簡(jiǎn)便，計(jì)算結(jié)果合理，較好地實(shí)現(xiàn)了對(duì)黃土自重濕陷變形的數(shù)值模擬，其計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性與合理性明顯優(yōu)于以往的模擬方法?！　?5)基于模量折減法，采用數(shù)值分析軟件F翻∥D，分別建立多層地基中不同截面尺寸的方形閉合墻和普通矩形閉合墻數(shù)值模型，研究了多層地基中墻周土層逐步發(fā)生濕陷的情況下，不同截面尺寸的方形閉合墻和普通矩形閉合墻的豎向承載性狀和負(fù)摩阻力的發(fā)揮發(fā)展規(guī)律，探討了方形閉合墻與普通矩形閉合墻豎向承載力發(fā)揮的異同?！　?6)提出了閉合墻負(fù)摩阻力與下拉荷載的計(jì)算方法(拋物線法)以及考慮負(fù)摩阻力的閉合墻基礎(chǔ)容許承載力計(jì)算公式?！　?7)基于荷載傳遞法和剪切位移法，提出了負(fù)摩阻力作用下閉合墻基礎(chǔ)沉降計(jì)算的一種迭代方法。此方法充分考慮了閉合墻基礎(chǔ)的截面形狀特點(diǎn)與荷載傳遞特性，并建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)了閉合墻基礎(chǔ)的剪切剛度系數(shù)，提出了計(jì)算內(nèi)側(cè)摩阻力的冪函數(shù)法。采用迭代方法對(duì)某一級(jí)公路上一座跨線橋的閉合墻基礎(chǔ)進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算結(jié)果所反映的負(fù)摩阻力作用規(guī)律與樁基浸水試驗(yàn)實(shí)測(cè)結(jié)果相似，初步驗(yàn)證了迭代方法的合理性?！　?

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