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高速铁路采空巷道桩板路基受力机理数值分析(2)

时间:2013-11-30 10:10 文章来源:http://www.lunwenbuluo.com 作者:鲁涛涛 点击次数:


  (二)桩侧摩阻力
  各桩段侧摩阻力可根据实测的轴力计算得到,图5为在填筑荷载作用下桩侧摩阻力沿深度变化曲线,由图5可知:
  (1)桩侧摩阻力随着荷载的增加而增大,而且增幅也随荷载的增加而增大[10]。
  (2)对于穿过采空巷道的桩身侧摩阻力沿深度的变化可以分为上、中、下三段。上段为侧摩阻力从小变大,中段为侧摩阻力从最大值逐渐减小,到达采空巷道时突然变为零。(3)对于没有穿过采空巷道的桩,桩侧摩阻力沿深度的变化可以分为上、下两段。上段为桩身侧摩阻力从小变大,下段为桩身侧摩阻力从大变小。桩身上部的侧摩阻力先发挥、下部的侧摩阻力后发挥。
  (三)桩间土应力
  桩间土应力和桩顶应力监测点布置如图6所示,T1~T6为桩间土应力监测点,Z1和Z2为桩顶应力监测点;T1、T2和T6位于两桩之间,T3、T4和T5位于四桩之间。
  图7为桩间土应力随填土高度变化曲线,从图中可以看出:
  (1)与路堤填筑荷载相对应,桩间土应力曲线呈现出明显的阶梯状变化,在填筑施工期,桩间土压应力增长较快。
  (2)在同一横剖面处,四桩中心桩间土应力与两桩中心桩间土应力相差很小,四桩中心桩间土应力略微小于两桩中心桩间土应力,表现在曲线上为四桩中心桩间土应力曲线与两桩中心应力曲线基本重合。这与桩间土沉降的趋势相对应,表明承载板作为一个刚度较大板,在荷载作用下承载板沉降较为均匀,同一横剖面沉降量相同。
  (3)距离路基中心近的监测点桩间土应力大,距离路基中心远的桩间土应力小。
  (4)从图中还可以看出,桩间土应力随着填筑荷载的施加增加的幅度越来越小,从侧面反映出桩承担的荷载在增加而且幅度越来越大。
  (四)桩顶应力
  Z1和Z2为1号和4号桩桩顶应力监测点(如图6),图7为桩顶应力随填土高度变化曲线,从图中可以看出:
  (1)桩顶应力曲线随填土高度的变化趋势与桩间土应力曲线随填土高度的变化趋势是相同的,同样是随着填土高度的增加桩顶应力增大,Z2监测点在第一级、第二级、第三级填筑荷载作用下桩顶应力分别为166kPa、491kPa、840kPa,可以看出随着荷载的增大桩顶应力也在增大。
  (2)随着填土高度的增加,桩顶应力的增幅是不断增大的,这也说明了桩分担总荷载的比重在增大。
  (五)荷载分担比
  桩土荷载分担比是桩土承担的荷载与总荷载的比值。图8为桩土荷载分担比随荷载增加的变化曲线。由图8可以看出:
  (1)随着总荷载的增加,桩分担的比例有所增加,桩间土分担的比例有所减小。随着荷载的增加桩分担的比例从0增大47%。
  (2)从曲线上可以看出,桩分担比例的曲线为一上凸的曲线,而且随着荷载的增大曲线接近为水平直线,说明桩分担比例的增大幅度越来越小,直至达到一稳定值。桩间土分担比例的曲线为一下凹的曲线,随着荷载的增大桩间土分担的比例在减小,直至达到一稳定值。最终二者分担荷载的比例都趋于稳定在50%。
  四、结论
  通过对五府山车站板桩路基三维数值进行模拟,得出桩身轴力、桩侧摩阻力、桩间土应力、桩顶应力和荷载分担比等规律,得出如下结论:
  1.不同填筑荷载作用下,轴力沿桩身呈非线性分布,即轴力不是随深度直线分布,而是有转折点,轴力总体趋势呈上大下小,在采空巷道范围内轴力保持不变。
  2.桩身侧摩阻力沿桩身分布总体呈先增大后减小,有采空巷道处桩侧摩阻力为零。
  3.在填筑荷载初期,桩顶和桩间土应力都增长得十分快,但桩顶应力增长的速率要大于桩间土应力增长的速率;桩顶和桩间土应力曲线在路基填筑荷载作用下同样具有明显的阶梯状。
  4.桩土应力比是由桩顶应力除以桩间土应力得出,桩土应力比随着荷载的增加而增大但最终趋于一稳定值;桩土荷载分担比,随着总荷载的增大,桩分担的比例逐渐增大,土分担的比例逐渐减小,最后桩土荷载分担比例达到一定值。二者分担荷载的比例都趋于稳定在50%。
  [参考文献]
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  [8]彭文斌.FLAC3D实用教程[M].北京:机械工业出版社,2008.
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  [10]胡海燕.碎石桩处理软土地基室内模型试验[J].铁道勘察,2006,(5).

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