考虑桩-土体系渐进破坏的群桩基础差异沉降控制机理研究

批准号:
51408338
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
张乾青
依托单位:
学科分类:
E0807.岩土与基础工程
结题年份:
2017
批准年份:
2014
项目状态:
已结题
项目参与者:
许振浩、李连祥、杨磊、邱道宏、张骞、徐飞、孙超群、王健华、刘洪亮
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中文摘要
传统等刚度布桩的高层建筑群桩基础存在“碟形”差异沉降。群桩基础差异沉降过大会影响建筑物的安全使用,甚至造成建筑物整体倾斜和倒塌。如何考虑桩-土体系渐进破坏过程,充分发挥各基桩承载潜能,控制群桩基础差异沉降,是目前亟待解决的关键问题。针对该难题,采用模型试验、数值模拟和理论分析等手段对考虑桩-土体系渐进破坏的群桩基础差异沉降控制机理展开研究,揭示桩-土体系渐进变形的桩基承载机理,提出考虑桩-土体系渐进破坏的桩基极限承载力确定方法,建立反映桩-土体系渐进变形的单桩承载特性预测方法。基于数值模拟和模型试验结果,揭示考虑桩-土体系渐进变形的等刚度布桩群桩基础中各基桩差异沉降机理及变刚度布桩群桩基础中各基桩差异沉降控制机理。综合模型试验、数值模拟和理论分析结果,形成考虑桩-土体系渐进破坏的群桩基础变刚度调平设计的应用体系,优化群桩基础传统等刚度布桩模式,减小群桩基础的差异沉降,改善建筑物的使用功能。
英文摘要
In the traditional design method of equivalent stiffness pile group foundation, bowl-shaped differential settlement may exist. Large differential settlement of pile group foundation will decrease use-safety requirements of building, even cause whole-building tilt and collapse. The civil engineers always focus on how to consider progressive failure of pile-soil system, fully develop bearing capacity of each individual pile in groups and reduce differential settlement of pile group foundation. Model test, numerical simulation and theoretical analysis are used to analyze the mechanism of differential settlement control of pile group foundation considering progressive failure of pile-soil system. This study intends to clarify the mechanism of progressive deformation of pile-soil system, propose a determination method of ultimate bearing capacity of pile and establish an algorithm of single pile response considering progressive deformation of pile-soil system. Based on the results of model test and numerical simulation, the mechanisms of differential settlement and differential settlement control of individual piles of equivalent stiffness pile groups and variable stiffness pile groups considering progressive deformation of pile-soil system are revealed, respectively. Moreover, based on the results of model test, numerical simulation and theoretical analysis, for practical purposes, practice system of variable rigidity design method of pile groups considering progressive deformation of pile-soil system is proposed to reduce differential settlement, optimize the traditional design method of equivalent stiffness pile groups and improve service functions of building.
目前,高层建筑桩基础多采用等刚度均匀布桩方式,传统等刚度布桩高层建筑群桩基础存在“碟形”差异沉降。群桩基础差异沉降过大会影响建筑物使用安全,甚至造成建筑物整体倾斜和倒塌。为满足建筑物差异沉降的控制标准,设计者多采用增加用桩量、桩长、桩径和承台厚度等方法。这必然会造成桩基工程量庞大,刚度冗余,增加工程造价。如何考虑桩-土体系渐进破坏过程,充分发挥各基桩承载潜能,控制群桩基础的差异沉降,是目前亟待解决的关键科学问题。. 针对该难题,本项目采用模型试验、数值模拟和理论分析等手段对考虑桩-土体系渐进破坏的群桩基础差异沉降控制机理展开了研究,获得了以下研究成果:. (1) 在搜集的国内外近千根单桩静载试验数据的基础上,分析了不同工况下单桩荷载传递规律、桩身变形规律及桩土相对位移变化规律,揭示了考虑桩-土体系渐进变形的桩基承载机理,建立了反映桩-土体系渐进变形的桩基承载特性预测方法。. (2) 以用户子程序FRIC为开发平台对ABAQUS软件进行了二次开发,将建立的荷载传递模型引入ABAQUS接触对计算中,实现了等桩长、变桩长、变桩距、变桩径等不同布桩模式时群桩基础受力性状的有效模拟。. (3) 研制了大型全自动加载与测试桩基模型试验系统,研发了桩基模型试验数据采集与分析系统,开展了多工况下单桩、多桩破坏性试验,综合数值模拟和模型试验结果揭示了考虑桩-土体系渐进变形的等刚度布桩群桩基础中各基桩差异沉降机理及变刚度布桩群桩基础中各基桩差异沉降控制机理.. (4) 综合模型试验、数值模拟和理论分析结果,提出了可最大限度减小群桩基础差异沉降的变刚度布桩模式和分析方法,形成了群桩基础变刚度调平设计思想。. 本课题开展的虑桩-土体系渐进破坏的群桩基础差异沉降控制机理研究成果可用于群桩基础变刚度调平设计中,促使群桩基础中各基桩协同变形,提高建筑物结构使用寿命,改善建筑物使用功能,节约工程造价,具有重要的科学意义和工程实用价值。
期刊论文列表
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Nonlinear analysis of the response of a single pile subjected to tension load using a hyperbolic model
使用双曲线模型对受拉荷载作用的单桩响应进行非线性分析
DOI:10.1080/19648189.2016.1185969
发表时间:2018-02
期刊:European Journal of Environmental and Civil Engineering
影响因子:2.1
作者:Shuai Cheng;Qian-qing Zhang;Shu-cai Li;Li-ping Li;Shi-min Zhang;Kang Wang
通讯作者:Kang Wang
Analysis and Construction Techniques for a Water Seal for Underground Mines Subjected to Water Inrush
井下矿井突水水封分析及施工技术
DOI:10.1007/s10230-015-0359-z
发表时间:2016
期刊:Mine Water and the Environment
影响因子:2.8
作者:Li Shu-cai;Xu Fei;Zhang Qian-qing;Li Li-ping;Wang Wei-ming;Liu Hong-liang
通讯作者:Liu Hong-liang
Discussion of “Comparative study of Y-shaped and circular floating piles in consolidating clay”
《Y形浮桩与圆形浮桩固结粘土对比研究》的探讨
DOI:10.1139/cgj-2016-0693
发表时间:2017-04
期刊:Canadian Geotechnical Journal
影响因子:3.6
作者:Wei Cui;Qian-qing Zhang;Xiao Zheng
通讯作者:Xiao Zheng
DOI:10.14006/j.jzjgxb.2017.09.020
发表时间:2017
期刊:建筑结构学报
影响因子:--
作者:张健;李术才;张乾青;李亮亮;贺鹏
通讯作者:贺鹏
Simplified non-linear approaches for response of a single pile and pile groups considering progressive deformation of pile-soil system
考虑桩土系统渐进变形的单桩和群桩响应的简化非线性方法
DOI:10.1016/j.sandf.2016.04.013
发表时间:2016
期刊:Soils and Foundations
影响因子:3.7
作者:Zhang Qian-qing;Liu Shan-wei;Zhang Shi-min;Zhang Jian;Wang Kang
通讯作者:Wang Kang
盾构隧道近接施工条件下在役桩基承载特性时空效应研究
- 批准号:--
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:54万元
- 批准年份:2022
- 负责人:张乾青
- 依托单位:
既有建筑地下降水开挖条件下桩基承载特性及变形控制机理研究
- 批准号:51778345
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:62.0万元
- 批准年份:2017
- 负责人:张乾青
- 依托单位:
国内基金
海外基金
