冻土地区桩土相互作用机理及桩基承载力预报模型研究PDF电子书下载

1 绪论 1

1.1 概述 1

1.2 冻土桩基的研究现状 2

1.2.1 国外冻土桩基研究现状 2

1.2.2 国内冻土桩基研究现状 4

1.3 土与桩基础相互作用研究现状 8

1.4 冻土区桩与冻土相互作用研究的方向与关键问题 10

2 冻土的特性 14

2.1 土冻结过程的力学特性 14

2.1.1 冻胀力的宏观分类 14

2.1.2 垂直法向冻胀力 15

2.1.3 切向冻胀力 23

2.1.4 水平冻胀力 25

2.2 冻土地基承载力 26

2.2.1 冻土地基承载力确定方法 26

2.2.2 长期黏聚力强度及容许承载力 27

2.2.3 温度对蠕变与强度的影晌 31

2.2.4 其他极限荷载及容许承载力 35

2.2.5 我国规范推荐的冻土和基础间的冻结强度设计值 37

3 冻土地区桩土相互作用分析及预报模型 40

3.1 气温与地面温度关系的建立 41

3.2 季节冻结及融化深度确定 41

3.3 气候变化对多年冻土厚度的影响 44

3.4 季节性冻土区和多年冻土区竖向承载桩基受力性能研究 45

3.4.1 冻土中桩基类型 45

3.4.2 季节性冻土区桩土相互作用力学模型及竖向承载力分析 51

3.4.3 多年冻土区桩土相互作用力学模型及竖向承载力分析 54

3.5 考虑大气温度变化的桩基承载力预报模型 57

3.5.1 大气温度变化及季节融冻深度与桩基承载力影响关系 57

3.5.2 多年冻土厚度变化及季节融冻深度变化与桩基承载力关系 58

3.6 模型可行性验证 60

3.6.1 工程概况 60

3.6.2 模型预测 60

3.6.3 结果分析 63

3.7 小结 64

4 冻土地区桩基非稳态温度场研究 66

4.1 热分析基本原理 66

4.1.1 冻土的基本物理指标 66

4.1.2 导热微分方程 66

4.1.3 热边界条件 68

4.2 冻土地区桩基非稳态温度场有限元模型建立 69

4.2.1 计算模型及基本假定 69

4.2.2 桩的三维非稳态温度场控制方程及初始条件 69

4.2.3 冻土的三维非稳态温度场控制方程、边界条件及初始条件 70

4.2.4 伴有相变的桩基非稳态温度场的有限元模型 71

4.3 冻土桩基温度场有限元模拟分析 73

4.3.1 材料参数选取及分析模型建立 73

4.3.2 水化热影响时间分析 74

4.3.3 水化热影响空间分析 75

4.3.4 50年100年桩基温度场分析 76

4.4 小结 77

5 考虑冻土弹性的竖向受荷桩数值模拟分析 78

5.1 冻土的弹性本构关系 78

5.2 桩冻土界面的接触单元及其单元刚度矩阵 79

5.2.1 接触单元节点接触应力与节点力之间的关系 79

5.2.2 接触摩擦单元等效刚度-约束矩阵 80

5.2.3 接触单元等效刚度-约束矩阵 81

5.3 钢筋混凝土桩的单元刚度矩阵 81

5.3.1 钢筋混凝土桩计算模型的选取 81

5.3.2 混凝土桩的单元刚度矩阵 83

5.4 有限元模拟分析 83

5.4.1 计算假定 83

5.4.2 计算模型 84

5.4.3 模型分组 84

5.4.4 材料参数选取 86

5.4.5 不同月份成桩的桩土相互作用分析 87

5.4.6 不同桩径时桩土相互作用分析 94

5.4.7 变桩长桩土相互作用分析 98

5.4.8 气候变暖桩土相互作用分析 99

5.5 小结 100

6 考虑冻土弹塑性的竖向受荷桩数值模拟分析 102

6.1 冻土的弹塑性增量的应力-应变关系 102

6.1.1 屈服准则 102

6.1.2 本构关系 103

6.2 混凝土桩本构关系 104

6.2.1 混凝土应力-应变关系 104

6.2.2 混凝土破坏准则 104

6.3 有限元模拟分析 106

6.3.1 分析模型建立 106

6.3.2 基本材料参数选取 107

6.3.3 不同月份成桩的桩基承载性能分析 107

6.3.4 不同桩径桩基承载性能分析 114

6.3.5 变桩长桩基承载性能分析 117

6.3.6 预测50年和100年桩基承载性能分析 118

6.4 工程实例应用分析 120

6.4.1 竖向受荷桩试验资料 120

6.4.2 试验结果与数值模拟分析结果对比 121

6.5 小结 122

7 冻土地区竖向受荷桩基蠕变分析 123

7.1 冻土桩基的流变性 123

7.1.1 冻土的流变性 123

7.1.2 冻土桩的流变性 124

7.2 冻土蠕变本构方程及数值计算 125

7.2.1 冻土的蠕变本构方程 125

7.2.2 蠕变数值计算 125

7.3 冻土地基的热弹塑性-蠕变单元平衡方程 126

7.3.1 冻土地基的热弹塑性-蠕变增量应力-应变关系 126

7.3.2 几何方程 127

7.3.3 冻土单元平衡方程 127

7.4 桩土体系共同作用的平衡方程 127

7.5 有限元模拟分析 128

7.5.1 计算假定和计算模型 128

7.5.2 材料基本参数选取 128

7.5.3 不同月份桩基蠕变性能分析 129

7.5.4 不同桩径桩顶作用相同压应力桩基蠕变性能分析 132

7.5.5 不同桩径桩顶作用相同压力桩基蠕变性能分析 136

7.6 模拟结果分析 139

7.7 小结 140

8 冻土地区桩土相互作用分析前景展望 142

8.1 冻土地区桩土相互作用研究分析的部分结论 142

8.2 冻土地区的冻土与桩的相互作用研究展望 144

参考文献 145