倾斜岩层面的软岩嵌岩群桩承载机理研究

嵌岩桩广泛应用于高层建筑、大跨度桥梁以及海洋石油钻井平台等工程中，具有承载力高、沉降小和抗震性能好等优点。软岩在世界范围内分布普遍，工程中也大量采用了软岩嵌岩桩基础，并且其中很多基础持力岩层的顶面是倾斜的。本项目通过单元试验、室内模型试验、CT扫描可视化、振动台试验、理论分析和数值模拟等手段，开展了软岩力学特性、桩端承载机理、桩侧界面特性、单桩竖向承载特性、群桩承载特性和沉降计算、群桩地震响应等方面的研究。研究结果表明，桩基承载力随着嵌岩桩径、嵌岩深度、上覆压力的增大而增大；随着桩顶荷载增大，桩侧摩阻力自上而下逐步发挥，桩端荷载分担比例逐渐增大，桩身侧摩阻力近似呈R型分布；桩身平均侧摩阻力随着桩顶位移的增加而增大，基本呈双曲线关系。根据桩-岩界面试验，提出了考虑桩-岩界面咬合、磨损作用的界面本构模型。CT扫描试验从细观角度揭示了桩端软岩的破坏模式为球孔扩张模式，桩端下软岩压密区范围为桩端深度方向1.2d～1.3d。采用球孔扩张理论研究软岩嵌岩桩的承载机理，提出了极限承载力的计算公式。开展了群桩模型试验和振动台模型试验，综合模型试验、理论分析和数值模拟，提出了倾斜岩层面的软岩嵌岩群桩的沉降计算方法、承载力与沉降双控设计准则、加固和减震措施。该项目的研究成果具有较大的理论价值和实用价值。 2100433B

桥梁、渡槽基础往往采用大直径嵌岩桩，其基岩软弱且岩面倾斜。倾斜岩面软岩嵌岩群桩存在沿岩面滑移、群桩挤扩压屈、不均匀沉降等问题；由于持力层性质差、岩面倾斜、基桩非等长、桩-岩界面特殊、荷载条件复杂等因素，该群桩的承载机理需进行系统深入的研究。本项目引入CT扫描技术进行嵌岩桩模型试验，实现变形及发展的可视化，从细观角度揭示嵌固机理；采用扩孔理论研究软岩嵌岩桩的承载机理和应力路径，建立其极限承载力的计算公式；进行软岩应力路径三轴、动力三轴和桩-岩接触特性等试验，建立软岩的静动力本构模型、桩-岩界面本构模型；进行群桩离心模型试验和振动台模型试验，考虑承台-群桩-岩土体非线性共同作用，研究倾斜岩层面的软岩嵌岩群桩的承载机理与破坏模式、动力特性与地震响应。综合模型试验、理论分析和数值模拟结果，提出倾斜岩层面的软岩嵌岩群桩的设计计算方法、承载力与沉降双控设计准则、加固与减震措施，并在实际工程中推广应用。

《超长群桩基础承载机理研究》详细介绍了超长群桩基础室内外模型试验、离心试验、现场试验、数值计算、监测反分析，得出了群桩基础荷载传递机理，以及在苏通大桥基础中的应用，并专题讨论了钢混组合变截面桩、桩底后注浆技术及厚承台桁架理论。

《超长群桩基础承载机理研究》可供从事桩基础设计、施工、监理工作的工程技术和科研人员以及高等院校师生参考使用。

嵌岩灌注桩的承载性状由于长径比、覆盖土层性质、嵌岩段岩性、施工工艺不同而有显著差异。我国现行的关于嵌岩灌注桩承载力的计算模式大体有两类, 一类是只计桩端阻力, 另一类是只计嵌岩部分的侧阻力和端阻力。两者都不计覆盖土层的侧阻力, 所以两者用于计算长径比较大的建筑物嵌岩灌注桩存在与实际承载力性状不符合的缺点。考虑长径比较大的灌注桩竖向极限承载力, 其侧阻力先于端阻力发挥, 属于端承-摩擦型桩。

按《建筑结构设计统一标准》的规定, 恒载效应的变异系数为0. 07, 服从正态分布, 活载效应的变异系数取为0. 29。取土性参数和荷载效应作为基本随机变量, 几何尺寸视为定值 。

第一章　绪论

1.1　概述

1.2　桩基础的应用现状

1.3　超长大直径群桩基础的研究现状

1.4　主要研究内容

第二章　室内外群桩模型试验研究

2.1　室内模型试验研究

2.2　室外模型试验研究

第三章　群桩基础的离心模型试验

3.1　离心试验简介

3.2　离心试验方法

3.3　试验原型模拟

3.4　单桩离心模型试验

3.5　群桩离心模型试验

第四章　群桩基础的数值模拟研究

4.1　有限元建模

4.2　超大群桩基础的数值模拟

4.3　冲刷对桩基承载性能影响的数值模型分析

第五章　超长群桩基础的现场检测与反演分析

5.1　研究现状及研究内容

5.2　传感器系统与监测点（孑L）的布置

5.3　现场检测结果

5.4　原型群桩基础的工作特性

5.5　研究结论

第六章　超长大直径钻子L灌注桩单桩承载性能研究

6.1　静载试验研究

6.2　桩端极限承载力理论研究

6.3　桩身自重的研究

6.4　桩身压缩量（沉降量）计算

6.5　承载力与沉降关系的研究

第七章　群桩基础的理论计算研究

7.1　承载力计算研究

7.2　沉降的计算方法研究

第八章　钢混组合变截面桩承载性能研究

8.1　竖向荷载作用下承载性能研究

8.2　水平向荷载作用下承载性能研究

第九章　室内注浆试验研究

9.1　饱和与非饱和土注浆效果研究

9.2　不同注浆压力的注浆效果研究

9.3　注浆固化物强度随时问变化规律研究

9.4　不同注浆添加剂的注浆效果研究

9.5　不同外界条件对固化物强度、结构的影响分析

9.6　研究结论

第十章　桩端后压浆研究

10.1　现场试验研究

10.2　有限元分析

10.3　桩端后压浆设计应用

第十一章　超大型桩基承台软化协调空间桁架设计方法分析研究

11.1　超大型承台设计方法研究现状

11.2　集群桩基大型承台试验研究

11.3　桩基承台软化协调空间桁架理论方法研究

11.4　苏通大桥承台各种设计方法计算对比

11.5　苏通大桥承台结构有限元分析

11.6　苏通大桥承台空间桁架现场测试分析

11.7　研究结论

参考文献