堆載土體側(cè)移模式及對鄰近樁基影響分析

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1、http://www.paper.edu.cn*堆載土體側(cè)移模式及對鄰近樁基影響分析**李忠誠楊敏（同濟大學地下建筑與工程系，上海，200092）摘要：對地面超載條件下自由場土體的側(cè)向位移模式進行了數(shù)值分析，得出了土體側(cè)向變形規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，將堆載條件下土體的側(cè)向位移簡化為雙線性變形模式，對堆載作用下鄰近樁基的性狀進行了分析，包括不同堆載大小、不同堆載距離和不同樁間距等情況下樁基的側(cè)向變形和彎矩的變化規(guī)律。關(guān)鍵詞：被動樁；位移模式；數(shù)值分析；堆載1引言地面堆載對于鄰近建筑物地基基礎(chǔ)的影響是一個不容忽視的問題。過去對于這一問題認識不夠，

2、引起了不少工程問題，甚至造成了嚴重的工程事故。例如天津中板廠原料車間地面2堆載為200KN/m，設(shè)計時沒有考慮大面積堆載對于樁基礎(chǔ)的影響，致使廠房在使用期間樁身折斷，柱角處水平位移102mm，樁頂位移220mm；建筑在軟土地基上的上海寶山鋼鐵廠[1]的鋼渣處理廠房，由于十多年的長期堆載，引起了柱下樁基發(fā)生了較大側(cè)移，從而導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)斷裂而倒塌。土體在長期堆載條件下，必然產(chǎn)生較大的側(cè)向位移，鄰近樁基受到側(cè)向運動土體的作用產(chǎn)生變形，屬于被動狀范疇。被動樁分析計算的難點是如何準確確定堆載自由場土體的側(cè)向位移和側(cè)移土體對樁施加的壓力。由于地面堆

3、載并不直接作用于樁上，而是通過土的側(cè)向變形間接傳遞到樁身上，所以被動樁受力不明確，樁與土存在著一個相互作用的過程。由此可見，相對于通常情況下，在樁頂受明確豎向荷載和水平荷載的主動樁基，被動樁不僅受力不明確，而且樁身受荷是一個動態(tài)的過程，這就給被動樁的研究帶來了一定困難。為了避免側(cè)移土體與鄰近樁基復(fù)雜的相互作用過程，本文從自由場在堆載條件下土體的位移模式入手，分析土體的側(cè)向變形規(guī)律，以此為基礎(chǔ)分析堆載對鄰近樁基的影響。探討不同堆載大小、不同堆載距離、不同樁間距等影響因素對鄰近樁基力學性狀的影響。2自由場土體位移模式2.1土體側(cè)向變形數(shù)值分

4、析受土體位移作用的被動樁的分析過程，是一個復(fù)雜的樁土相互作用過程。從目前對被動樁的研究現(xiàn)狀來看，如果能準確預(yù)測無樁自由場的土體位移，則被動樁的問題就迎刃而解了，因此自由場中土體位移的確定是研究受土體位移作用被動樁的關(guān)鍵。自由場地基在荷載作用下，會發(fā)生豎向變形和側(cè)向變形，眾多的專家學者對于土體的豎向變形即沉降變形進行了不懈的研究，而土體的側(cè)向變形由于影響因素多，相對于豎向變形[2]更加復(fù)雜，對此進行的研究相對較少。然而在許多工程中，土體的側(cè)向變形又是非常重[3]要的，側(cè)向變形不僅影響沉降，也影響著結(jié)構(gòu)的受力。尤其是在港口碼頭和存在大量堆載

5、*基金項目：上海市科委重點基礎(chǔ)研究項目資助（02DJ14062）；高等學校博士學科點專項科研基金資助（20020247003）.**通訊聯(lián)系人：李忠誠，男，博士生，主要從事樁基礎(chǔ)理論研究和巖土工程數(shù)值分析。Email：lzenc@163.comhttp://www.paper.edu.cn的工業(yè)廠房，對于土體側(cè)向變形的分析更為重要，由于土體側(cè)向運動而造成的樁基側(cè)向變形和彎矩往往是工程建設(shè)成敗的關(guān)鍵。下面以雙層土體為例，如圖1所示，探討大面積堆載條件下土體的側(cè)向變形模式。數(shù)值分析時，模型邊界條件為單向約束，土體參數(shù)見表1所示，堆載寬度為8

6、m。表1土體參數(shù)體積模量泊松比粘聚力內(nèi)摩擦角容重土層分類?o3E(Mpa)νc(kPa)()γ(kn/m)上層軟土4.240.4010.022.718.0下層硬土20.180.2540.030.018.0p00-10-10軟土層(m)(m)-20-20深度深度y(z)-30-30硬土層150kPa2m300kPa4m450kPa6m600kPa8m-40-40-20020406001020304050側(cè)向變形(mm)側(cè)向變形(mm)圖1雙層土模型平面圖2不同荷載下土體側(cè)向變形圖3不同堆載距離下土體側(cè)向變形圖2為距堆載邊緣2m不同荷載大小

7、條件下土體的側(cè)向變形。圖3為堆載450kPa不同堆載距離條件下土體的側(cè)向變形。由圖可知，隨著荷載的增大，土體側(cè)向變形將增加，同時最大變形發(fā)生的深度也將增大。當堆載較小時，表層土體有向著荷載方向偏移的趨勢，荷載增大時，表層土體逐漸向遠離堆載的方向偏移。這主要是由于在靠近堆載的樁頂附近，往往出現(xiàn)拉應(yīng)力區(qū)，導(dǎo)致樁頂可能向堆載方向移動。實際土體不能承受拉力，這動現(xiàn)象并不明顯。當堆載較大時，無論數(shù)值分析還是實測結(jié)果，樁都會向遠離堆載的方向位移。圖4～6為距堆載邊緣2m不同堆載大小時，土體的側(cè)向位移場等值線（單位為m），由圖可知，隨著荷載的增大，土

8、體側(cè)向變形明顯增大，等值線相應(yīng)變密，并且等值線逐漸向下突出，可見荷載的影響深度隨著荷載的增大逐漸增加，最大側(cè)移深度一般發(fā)生在8～12倍的樁徑范圍內(nèi)。0-10-20-30-40-40-30-20-100102