[发明专利]考虑加筋效应的扩底抗拔群桩的变形分析方法

说明书

本发明公开了一种考虑加筋效应的扩底抗拔群桩的变形分析方法，该分析方法包括如下步骤：基于弹性力学理论、桩基荷载传递原理及薄壁同心圆筒剪切变形模型，推导了扩底抗拔群桩考虑加筋效应的变形非线性解析解表达式，并给出了具体的计算步骤。通过本发明解析解计算结果与实测数据及有限元模拟结果的套图对比，证明了本发明方法的准确性和有效性。计算结果显示，土体性能、桩端扩径体以及桩长对加筋效应扩底抗拔群桩变形的影响显著。随着土体弹性模量的增加，桩端扩径体的增大以及桩长的增加，群桩的上拔位移减小速率增大。

技术领域

本发明属于岩土工程技术领域，具体涉及一种扩底抗拔群桩的变形分析方法。

背景技术

目前，关于扩底抗拔桩的相关学术研究，国内外的学术成果主要体现在扩底抗拔桩的抗拔承载特性方面，关于变形机理的研究却较为落后。在工程实践应用中，扩底抗拔桩的设计计算理论仍不完善，在实际设计中往往采用借鉴抗压桩设计的思路，通过将抗压桩的极限侧摩阻力乘以抗拔桩的折减系数，来得到抗拔桩的极限侧摩阻力取值，进而计算得到抗拔桩的抗拔承载力计算公式。因此，对扩底抗拔桩的承载性状和变形机理的研究已成为土木工程中急需要解决的热点问题。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种考虑加筋效应的扩底抗拔群桩的变形分析方法，相较于等截面抗拔桩，扩底抗拔桩在桩土相互作用和荷载传递机理方面都有着很大的差异，不但等截面桩段受到桩侧负摩阻力的影响，而且桩土相互作用的复杂性会对两者的变形特性产生一定的影响。

为达到上述发明创造目的，本发明采用如下技术方案：

一种考虑加筋效应的扩底抗拔群桩的变形分析方法，所述分析方法包括如下步骤：

(1)将单个抗拔桩周围土体的变形理想化为薄壁同心圆柱体剪切变形，扩底抗拔桩桩体简化为放置在圆柱体中心轴线上的弹性体；

距柱体中心轴线距离为r的单元剪应变为：

U(r,z)为土体埋深为z的桩周土竖向变形；

等截面抗拔单桩沿桩身剪应力τ为变化的数值；该剪应力τ与径向距离r、深度z相关，根据剪切胡克定律得：

G_s为土的剪切变形模量；

根据桩土作用的平衡条件得：

τ₀(r₀,z)＝τ(r,z)|r＝r_o，r₀为抗拔桩的半径；

整理得：

在均质土中，上式变形如下：

研究结果表明，r_m表达式为：

r_m＝λ₁λ₂(1-v_s)l；

λ₁＝2.5，λ₂＝2.0，v_s为桩周土体的泊松比，l为桩长；令r＝r₀，将上式简化为：

U(z)＝U(r,z)|r＝r_o，τ₀(z)＝τ(r,z)|r＝r_o；ξ＝ln(r_m/r₀)；

在深度z处，抗拔桩桩身竖向变形与上拔力的关系为：