水平多向荷載作用下群樁工作性狀研究項目摘要

樁基礎通常以群樁的形式存在。水平荷載下的樁-土相互作用是一個十分復雜的問題，對于群樁基礎尤其如此。國內外對于水平荷載作用下的群樁研究與單樁相比相對較少，而且已有的研究及成果主要集中在單向（單調或周期）水平荷載下群樁基礎的工作性狀方面，荷載的方向往往沿著群樁水平布置的對稱軸方向。但在實際工程中，群樁所受的水平荷載（如波浪荷載和地震荷載）極可能沿著非對稱軸方向施加，而且具有多方向的特點。申請人已進行的研究表明，單樁在多向加載條件下的水平承載力要顯著低于單向加載條件下的水平承載力。沿非對稱軸方向加載對群樁的水平工作性狀和水平承載力有何影響？多方向同時加載對群樁的水平承載力和樁身內力又會帶來哪些影響？本項目將通過室內模型試驗對這些問題進行研究，同時借助數(shù)值分析手段對不同加載路徑下群樁的樁-土相互作用機理進行深入的分析。

在實際工程中，群樁所受的水平荷載（如波浪荷載和地震荷載）極可能沿著非對稱軸方向施加，而且具有多方向的特點。為了研究不同加載路徑對群樁水平承載力的影響，進行了沿對稱軸方向和沿非對稱軸方向水平單向荷載作用下的群樁模型試驗，得到了加載方向對樁間距分別為3D，5D和7D的2X2群樁和樁間距為5D的3X3群樁的總承載力，荷載在各樁分配等的影響規(guī)律；還進行了十字和圓形加載路徑下群樁響應的試驗研究。通過三軸試驗測定了試驗用砂的力學特性參數(shù)后，建立了砂土中水平受荷群樁的有限元分析模型，分析結果揭示的加載方向對群樁承載力和群樁效應的影響規(guī)律與試驗所得結果基本一致。 2100433B

水平受荷樁在港口碼頭、橋梁基礎、海洋采油平臺和海上風機基礎等構筑物中廣泛應用，而且相當一部分樁基位于粘土場地中。波浪荷載、風荷載或地震荷載聯(lián)合作用產(chǎn)生的水平荷載通常具有多方向性的特點。本項目基于室內模型試驗、三維有限元數(shù)值分析和理論分析，研究了：（1）不同水平多向單調加載路徑下粘土中單樁的響應研究；（2）粘土中單樁在單向循環(huán)加載后，沿不同水平方向加載后的響應研究；（3）水平多向循環(huán)荷載作用下粘土中單樁的響應研究；（4）粘土場地中水平單向和多向受荷單樁和群樁的響應研究（數(shù)值研究）；（5）水平多向荷載作用下粘土與樁相互作用的彈塑性多彈簧p-y模型。項目研究成果揭示了多向加載路徑對軟粘土和硬粘土中樁基水平承載力和樁身響應的影響，以及水平多向循環(huán)荷載作用下樁基承載力的退化規(guī)律；建立和開發(fā)了適用于粘土與樁多向相互作用的多彈簧p-y模型，并編制了可用于水平單向和多向荷載作用下粘土中樁基響應分析的計算程序。 依托本研究項目發(fā)表學術論文共15篇，申請發(fā)明專利共8項（含美國專利2項），獲批發(fā)明專利3項，實用新型專利4項。 2100433B

水平受荷樁在港口碼頭、海洋采油平臺和海上風機基礎等構筑物中廣泛應用，而且相當一部分位于粘土場地中。近五十年來，國內外研究者和工程人員對粘土中水平受荷樁的研究主要集中在單向水平荷載下的樁基響應方面。申請人前期的研究表明，砂土中的單樁在多向加載條件下的水平承載力要顯著低于單向加載條件下的水平承載力，且存在荷載增量矢量與位移增量矢量非共軸等現(xiàn)象；而中硬粘土中水平受荷單樁的初步試驗研究表明，在多向循環(huán)加載路徑下的水平承載力退化更為顯著。本項目將對粘土中水平多向受荷樁的工作性狀進行較系統(tǒng)的研究：（1）通過室內模型試驗，研究多向加載路徑對軟粘土和硬粘土中樁基水平承載力和樁身響應的影響，及水平多向循環(huán)加載路徑下的承載力退化規(guī)律；（2）借助數(shù)值分析手段，進行水平多向荷載作用下粘土與樁相互作用的機理分析和參數(shù)研究；（3）建立并驗證能描述在單調和循環(huán)水平多向荷載作用下，粘土與樁相互作用的彈塑性多向p-y模型。