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路基复合地基混凝土的抗剪强度分析

发布于:2016-08-21 19:40
强度分析

      路堤高度大、软基深厚、工期紧、工后沉降要求严格的软土地基路基通常采用CFG桩、薄壁筒桩、管桩等混凝土桩复合地基。混凝土桩复合地基桩间土承担一定荷载,混凝土桩内侧承受的桩间土水平土压力大于外侧混凝土桩可能发生倾斜、受弯断裂,桩身混凝土可能剪切破坏、拉裂破坏。虽然桩身混凝土剪断、拉裂不一定导致路基滑塌,但是工程建设等单位不但不会容许路基滑塌,也不会容许混凝土桩、桩身混凝土破坏,因此采用混凝土桩复合地基的路基不但需要分析路基绕流滑动稳定性和路基整体滑动稳定性,而且需要验算混凝土桩的倾斜破坏、弯曲破坏及桩身混凝土的剪切破坏、拉裂破坏等。
      对路基复合地基桩身混凝土破坏多采用有限元、边界元等数值分析方法进行强度分析。由于常规工程勘察报告中很难提供数值分析所需要的计算参数,这些方法难以在工程实践中推广应用。
      在对路堤下混凝土桩受力分析的基础上得到桩身混凝土首先沿潜在滑动面以外的方向破坏的结论,提出表观抗剪强度的概念,并利用表观抗剪强度分析桩身混凝土破坏。
      1.桩间土对混凝土桩的剪切力
      图中Case6,Case9分别是坡脚设置单排管桩、全断面设置管桩时路基离心模型滑动面MS是CFG桩复合地基路基模型滑动面。试验表明:
      (1)整个滑动面由3-4段直线组成,边坡及其附近滑动面接近水平,滑动面前、后两段分别接近于被动区和主动区。
      (2)边坡及其附近软土地基水平位移最大,滑动面最明显且出现得最早。图是离心模型试验得到的边坡范围内管桩内、外两侧水平土压力差。水平土压力差随着路堤高度的增大而增大。该水平土压力差必然在滑动面处对混凝土桩产生较大的剪切力,该剪切力方向基本平行下卧硬土层。
      在主动土压力区,在桩土作用力和桩间土自重的共同作用下,桩间土沿滑动面的剩余下滑力对滑动面上混凝土桩产生剪切力。
      因此,不论滑动面中部还是主动土压力区,桩间土对潜在滑动面处桩都产生剪切力,且剪切力平行于潜在滑动面。
      2.表观抗剪强度
      2.1.表观抗剪强度的概念
      扭转试验中铸铁等脆性材料试件沿与轴线约成45。的螺旋面断裂,与扭转断面不一致,其原因是铸铁的抗拉强度小于纯剪强度,抗拉强度控制扭转破坏形式,扭转试验测定的试件横断面上的纯剪强度实质为表观纯剪强度。
      由前述可知,潜在滑动面上的桩身混凝土除了承受竖向压应力外,还承受与潜在滑动面平行的剪应力,这两种应力可能导致混凝土沿潜在滑动面方向尚未剪切破坏时,沿其他方向己达到破坏状态的现象。为了与潜在滑动面上真正的抗剪强度区分,将混凝土沿其他方向破坏时潜在滑动面上的剪应力称为混凝土潜在滑动面方向的表观抗剪强度,简称表观抗剪强度。由于桩身混凝土并未沿潜在滑动面方向剪切破坏,因此表观抗剪强度是沿潜在滑动面方向的虚拟抗剪强度,小于真正的抗剪强度。
      2.2.滑动面上混凝土桩单元应力状态
      桩身混凝土单元A位于潜在滑动面上,经过单元A的潜在滑动面切线与水平面的夹角为a。
      桩间土对潜在滑动面处桩身的剪切力在混凝土单元B上产生剪应力、对应图所示的应力状态,将图叠加可得到单元B的应力状态,见图。对应图中的a,b应力点,以a,b为直径两端点的应力圆为图6中的大圆。当达到一定数值时单元B受拉或剪切破坏。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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