湿陷性黄土地基桥梁群桩负摩阻力效应及有效承载力研究

黄土湿陷引起的桩基负摩阻力是长期以来导致黄土地区桥梁桩基承载力降低甚至失稳破坏的主要原因之一。群桩是目前大型桥梁最常用的基础形式，对群桩负摩阻力的合理取值和计算是黄土地区桩基设计亟待解决的关键技术问题。本项目在黄土湿陷病害广泛调查的基础上，采集典型原状土样，开展原状黄土浸水和非浸水条件下土性试验研究，探讨黄土土性参数指标与黄土湿陷的相关性。在此基础上，通过离心模型试验、数值仿真结合理论分析揭示浸水和加载耦合条件下湿陷性黄土地基群桩负摩阻力的时空演变规律，建立桥梁桩基负摩阻力与湿陷性黄土湿陷系数、桩长、桩数、桩径和浸水状态等各影响因子之间的定量关系，探究湿陷性黄土地基桥梁群桩负摩阻力的空间分布规律及取值范围，建立能反映黄土湿陷和承载耦合效应的群桩沉降和承载力简化计算方法，并对比现行规范计算方法提出改进意见。本研究内容在目前的文献中还未见到相关的研究成果，具有重要理论和工程创新价值。

本项目在黄土湿陷病害广泛调查的基础上，采集典型原状土样，开展原状黄土浸水和非浸水条件下土性试验研究，探讨了黄土土性参数指标与黄土湿陷的相关性，为理论与试验研究打下基础。在大型通用有限元程序MARC软件基础上,基于V- F平台和用户子程序接口,对软件进行深度二次开发，研编了用户子程序。扩展了MARC软件在岩土工程领域中的功能。在此基础上，建立了群桩离心试验模型和基于MTS的大型试验模型，给出了湿陷性地基条件下群桩承载特性。通过离心模型试验、1:10大型MTS模型试验、数值仿真结合理论分析揭示浸水和加载耦合条件下湿陷性黄土地基群桩负摩阻力的时空演变规律，建立了桥梁桩基负摩阻力与湿陷性黄土湿陷系数、桩长、桩数、桩径和浸水状态等各影响因子之间的定量关系，探究了湿陷性黄土地基桥梁群桩负摩阻力的空间分布规律及取值范围。对湿陷性黄土地基桥梁群桩基础承载、沉降特性进行了分析，对国外桥梁群桩基础计算法进行了改进。首次提出了考虑桩长影响的群桩沉降量计算公式，比国外学者Vesic提出的群桩计算公式更合理。研究成果补充了黄土地基桩基计算方法，对该区域桩基工程设计有重要的参考价值。并为桥梁桩基规范相关内容的修订奠定了理论与试验基础。