剛性樁復(fù)合地基下臥層沉降計(jì)算

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1、第37卷第2期河海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)Vol.37No.22009年3月JournalofHohaiUniversity(NaturalSciences)Mar.2009DOI:10.3876/j.issn.1000O1980.2009.02.019剛性樁復(fù)合地基下臥層沉降計(jì)算1,2亓樂(lè)(1.河海大學(xué)巖土力學(xué)與堤壩工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇南京210098;2.河海大學(xué)巖土工程科學(xué)研究所,江蘇南京210098)摘要:剛性樁復(fù)合地基工作過(guò)程中,樁體會(huì)向下臥層產(chǎn)生一定的刺入,從而使下臥層產(chǎn)生沉降差異.為了得到發(fā)生刺入的下臥層應(yīng)力分布情況,取下臥層等效單元體進(jìn)行分析,將內(nèi)外土柱接

2、觸面分為破壞滑動(dòng)段和彈性滑動(dòng)段2部分.采用有效應(yīng)力法計(jì)算接觸面破壞滑動(dòng)段摩阻力,并考慮側(cè)向土壓力變化的影響;在接觸面彈性滑動(dòng)段,假定摩阻力與相對(duì)位移為線彈性關(guān)系,利用荷載傳遞法進(jìn)行計(jì)算,得到下臥層土體的豎向附加應(yīng)力分布,給出了復(fù)合地基下臥層沉降計(jì)算公式.通過(guò)實(shí)例表明,該計(jì)算方法與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果吻合較好.關(guān)鍵詞:復(fù)合地基;下臥層;等效單元體;沉降中圖分類號(hào):TU433文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1000O1980(2009)02O0217O05[1]近年來(lái),復(fù)合地基技術(shù)在工程建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用.與復(fù)合地基實(shí)踐的快速發(fā)展相比,復(fù)合地基沉降理論研究相對(duì)滯后,特別是下臥層沉降計(jì)算研究更為

3、滯后.對(duì)于較為深厚的軟土地基,復(fù)合地基沉降主要發(fā)生在下臥層,特別是在有深厚軟土層且樁未打穿軟土形成/懸樁0的情況下,復(fù)合地基的總沉降主要是由樁[2O3]端的刺入變形及下臥層的沉降引起的.由于下臥層沉降占總沉降的比例相當(dāng)大,因此對(duì)下臥層沉降計(jì)算必須予以重視.通常的復(fù)合地基沉降計(jì)算方法認(rèn)為,復(fù)合地基的沉降量為加固區(qū)壓縮量和下臥層壓縮量之和.一些近似計(jì)算下臥層沉降的方法均為探求合適的下臥層附加應(yīng)力分布,然后按照分層總和法計(jì)算其沉降.常用的求解下臥層附加應(yīng)力分布的方法有應(yīng)力擴(kuò)散法、等效實(shí)體法、當(dāng)層法、Geddes法等.但這些方法由[4]于無(wú)法準(zhǔn)確把握下臥層的附加應(yīng)力分布,很難應(yīng)用于工

4、程實(shí)際,因此規(guī)范中規(guī)定按天然地基計(jì)算下臥層的[5][6]附加應(yīng)力.也有學(xué)者用有限元方法將復(fù)合地基看作雙層地基,或?qū)⒓庸虆^(qū)作為復(fù)合土體分析,這些方法都認(rèn)為下臥層頂面應(yīng)力是均勻分布的,但是軟弱下臥層剛性樁復(fù)合地基在工作過(guò)程中,樁體會(huì)向下臥層產(chǎn)生一定的刺入,下臥層頂面應(yīng)力不是均勻分布的.本文針對(duì)復(fù)合地基中樁體刺入下臥層的復(fù)雜情況,考慮樁體下部土體和樁周土下部土體間的相互作用,研究了復(fù)合地基下臥層的應(yīng)力分布,并進(jìn)行了沉降計(jì)算.1下臥層模型復(fù)合地基下臥層可簡(jiǎn)化為圖1所示模型.取等效單元體作為分析對(duì)象,樁體下方土體簡(jiǎn)化為直徑等于樁徑的圓柱體,樁間土下方土體簡(jiǎn)化為以樁體為中軸線的圓筒體,并

5、假設(shè)下臥層土體為均質(zhì)理想彈塑性體,深度為h.由于剛性樁的模量大于樁間土體的模量,在荷載作用下樁體會(huì)產(chǎn)生向下臥層的刺入,因此內(nèi)土柱頂部沉降要大于外土柱頂部沉降.下臥層沉降過(guò)程中,由于內(nèi)外土柱的沉降差異,兩者之間會(huì)產(chǎn)生摩阻力.沉降差異會(huì)隨著深度的增加而逐漸減小,當(dāng)深度增大到he時(shí),內(nèi)外土柱的沉降相等,兩者之間不再存在相互的摩阻力.另外,由軸對(duì)稱原理可知,單元體外表面不存在摩阻力.圖1下臥層作用力示意圖當(dāng)內(nèi)外土柱接觸面處在彈性變形階段時(shí),兩者間的相對(duì)位移是引起摩阻Fig.1Forcesactingon力的直接原因.當(dāng)相對(duì)位移逐漸增大,接觸面產(chǎn)生破壞滑動(dòng).摩阻力達(dá)到極限underly

6、inglayer值之后,不再隨著樁土相對(duì)位移的增大而繼續(xù)增大,決定摩阻力的主要因素收稿日期:2008O04O03作者簡(jiǎn)介:亓樂(lè)(1981)),男,山東淄博人,博士研究生,主要從事復(fù)合地基研究.218河海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)第37卷變?yōu)閲鷫汉徒佑|面的滑動(dòng)系數(shù).由此,本文認(rèn)為深度l為摩阻力彈性階段和破壞階段的分界處下臥層可按摩阻力分為3段:zI(0,l)時(shí),摩阻力為破壞摩阻力;zI(l,he)時(shí),摩阻力為彈性摩阻力;zI(he,h)時(shí),不存在摩阻力.2下臥層應(yīng)力計(jì)算所取單元體如圖2所示,加固區(qū)樁長(zhǎng)為L(zhǎng),周長(zhǎng)為U,下臥層壓縮模量為E,內(nèi)土柱面積為A內(nèi),外土柱面積為A外,下臥層厚度

7、為h,黏聚力為c,有效摩擦角為U,被動(dòng)土壓力系數(shù)為kp,地基土密度為Q.加固區(qū)頂部荷載為P,下臥層頂部平均荷載為p,作用在內(nèi)土柱頂部的均布荷載為p內(nèi),作用在外土圖2下臥層受力假定示意圖柱頂部的均布荷載為p外,內(nèi)外土柱極限相對(duì)位移為Du,zI(0,l),(l,he)時(shí)Fig.2Assumedforcesacting的符號(hào)分別用下標(biāo)1,2表示.onunderlyinglayer2.1zI(0,l)時(shí)的公式推導(dǎo)由平衡條件及摩爾-庫(kù)侖準(zhǔn)則可知:zR外1(z)=p外+UQS1(F)dF/A外0(1)zR內(nèi)1(z)