【博士】山區(qū)高橋墩-樁基結構體系承載特性及其分析方法研究【2008】

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　　學科專業(yè)：巖土工程　　授予學位：博士　　學位授予單位：湖南大學　　學位年度： 2008年　　高橋墩．樁基結構體系的承載特性及其分析方法是西部山區(qū)公路建設所面臨的新課題之一。由于山區(qū)地形、荷載及工況等條件的復雜性，高橋墩一樁基結構體系無論是承載機理和變形分析，還是穩(wěn)定性計算方法均缺乏深入研究。因此，如何全面掌握山區(qū)高橋墩．樁基礎的承載機理、受力特性與分析方法，對其合理設計計算具有重要的理論與工程實際意義。為此，本文結合國家自然科學基金項目“陡坡段橋梁樁基設計理論與數(shù)值模擬方法研究"(50578060)和湖南省交通科技項目“高陡邊坡段橋梁樁基設計與防護技術研究”(200513)，從理論分析、數(shù)值模擬、室內(nèi)模型試驗等方面對其進行深入系統(tǒng)的研究，以期豐富山區(qū)高橋墩、樁基結構體系設計計算理論?！　”疚氖紫仍诳偨Y國內(nèi)外已有相關研究文獻的基礎上，引入巖體結構控制理論，對樁周巖體工程特性及其風化分帶方法進行了分析，建立出山區(qū)高橋墩．樁基基巖風化程度的量化表達式。通過分析與總結邊坡穩(wěn)定性分析方法后，考慮邊坡穩(wěn)定性分析的不確定性因素，引入基于模糊理論的邊坡多級模糊評判方法對樁周巖質(zhì)邊坡進行穩(wěn)定性分析。針對山區(qū)高橋墩．樁基結構體系的受力特點，探討了山區(qū)高橋墩．樁基結構體系的承載機理和受力特性，借鑒平地基樁樁身內(nèi)力及變形計算分析思路，通過分析邊坡上基樁前后巖(土)體抗力及推力分布規(guī)律，建立復雜荷載下高橋墩．基樁的計算模型，采用冪級數(shù)方法求解，導出高橋墩．基樁內(nèi)力及位移計算方法，并開發(fā)出相應計算程序。　　其次，在分析穩(wěn)定性分析基本理論及基樁失穩(wěn)荷載求解方法的基礎上，考慮基樁失穩(wěn)破壞的非線性與突發(fā)性特點，引入突變理論，建立山區(qū)高橋墩．樁基體系穩(wěn)定失穩(wěn)的尖點突變模型，基于突變理論基本原理，求得了山區(qū)高橋墩．樁基結構體系穩(wěn)定失穩(wěn)條件，并建立出山區(qū)高橋墩．樁基結構體系失穩(wěn)破壞荷載與其對應墩頂水平位移確定方法。在此基礎上，針對山區(qū)樁端巖溶發(fā)育問題，考慮溶洞頂板破壞的突發(fā)性及其影響因素的模糊性，提出巖溶區(qū)高橋墩．樁基結構體系下伏溶洞頂板安全厚度確定的突變模型與樁端溶洞項板穩(wěn)定性評價的突變評判新方法?！　榱诉M一步探討山區(qū)高橋墩．樁基結構體系的承載機理和受力特性，結合工程實際，借助非線性有限元分析軟件，在考慮樁．巖接觸等非線性因素的基礎上，建立出山區(qū)高橋墩一樁基結構單排雙樁的三維彈塑性模型，分析了不同荷載條件下山區(qū)高橋墩一樁基的受力特性及其穩(wěn)定性影響因素，深化了對山區(qū)高橋墩．樁基結構體系承載特性的認識?！　〈送猓捎梅谴_定性分析方法，在總結可靠度基本理論及現(xiàn)有可靠性分析常用方法的基礎上，針對現(xiàn)有方法的局限性，引入響應面方法，建立高橋墩一樁基結構體系穩(wěn)定的改進響應面方法。針對高橋墩．樁基結構體系巖土參數(shù)區(qū)間性特點，引入?yún)^(qū)間理論和非概率思想，建立了基于區(qū)間理論的高橋墩．樁基結構體系穩(wěn)定性非概率可靠性分析方法，從而形成較完整的山區(qū)高橋墩．樁基結構體系穩(wěn)定性非確定性分析方法。　　最后，通過高橋墩．樁基室內(nèi)模型試驗驗證了本文理論方法的正確性。試驗共分兩大部分：第一部分是承載特性試驗，完成了豎向荷載、側(cè)向荷載、水平荷載及復雜荷載下4組模型樁受力特性試驗，探討不同樁項自由長度、不同嵌固深度、不同基樁剛度以及不同邊坡坡度等對基樁受力的影響，進一步深化山區(qū)高橋墩-樁基的受力特性和承載機理：第二部分是高橋墩．樁基失穩(wěn)破壞試驗，通過設計不同墩樁長度比、墩樁剛度比及不同墩頂邊界約束等組合條件下的模型試驗，探討了高橋墩．樁基屈曲工作性狀，獲得了不同樁基埋深、墩樁剛度比、墩頂約束等條件下的高橋墩．樁基的失穩(wěn)破壞荷載。理論與試驗結果表明：理論計算與試驗值吻合較好，展示了本文方法的合理性與工程參考價值?！　?

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