岩溶地区大直径嵌岩桩桩岩界面工作机理及其承载特性研究

Considering that karst areas are extensive in our country and have considerable effects on the bearing behaviors and stability of rock-socketed piles, and large diameter rock-socketed piles are widely used in bridge engineering of highways and railways, but nowadays its loading mechanism is not clear so that the design is out of order, it is necessary to carry out the research on the mechanism of rock-concrete interface of large diameter rock-socketed pile and its bearing behaviors at karst areas. At first, the quantitative relationship between pile's resistances and its vertical load at karst areas are researched through field static load test and advanced distributed optical-fiber temperature and strain test technology; Second, the effects of different karst phenomena on the bearing behavior, deformation and rock-socketed depth of large diameter rock-socketed piles are explored on the basis of centrifuge model tests; And then, the effects of parameter variations on pile's resistance and its regularity are analyzed according to the results of indoor-field tests and three dimensional finite element simulation, and the mechanism of pile's rock-concrete interface and optimal rock-socketed depth are explored as well; At last, the effect of steep soft face on the stability of large diameter rock-socketed piles and its theoretical formula are researched by means of finite element and theoretical analysis. The research results will not only enrich pile theory, but also have guilding role to actual engineering.

鉴于我国岩溶地区分布较广、岩溶现象对嵌岩桩承载特性与稳定性均有较大影响，而且大直径嵌岩桩在高速公路、铁路等大型基础设施的桥梁工程中广泛应用，但目前由于其承载机理不明而致使设计无章可循，故本项目拟开展其桩岩界面工作机理与承载特性研究。首先，通过现场静载荷试验和先进的分布式光纤温度应变测试技术，研究岩溶地区大直径嵌岩桩桩侧、桩端阻力随上部荷载变化间的量化关系；其次，通过室内离心模型试验，研究各种岩溶现象对嵌岩桩承载特性、变形及其嵌岩深度的影响及其变化特征；然后，根据现场和室内试验结果，采用三维有限元模拟分析岩溶地区各相关参数变化对大直径嵌岩桩桩侧与桩端阻力的影响及其变化规律，研究其桩岩界面工作机理及其最佳嵌岩深度；最后，从有限元和理论分析的角度探讨陡倾软弱临空面对大直径嵌岩桩稳定性的影响及其理论评价关系式。本研究成果不仅可以丰富完善桩基理论，而且对实际工程也有指导作用。

鉴于我国岩溶地区分布较广、岩溶临空面现象对嵌岩桩承载特性与稳定性均有较大影响，而且大直径嵌岩桩在高速公路、铁路等大型基础设施的桥梁工程中广泛应用，但目前由于其承载机理不明而致使设计无章可循，故本项目开展其桩岩界面工作机理与承载特性研究。首先，通过现场静载荷试验和先进的分布式光纤温度应变测试技术，研究岩溶地区大直径嵌岩桩桩侧、桩端阻力随上部荷载变化间的量化关系；其次，通过室内离心模型试验，研究各种岩溶现象对嵌岩桩承载特性、变形及其嵌岩深度的影响及其变化特征；然后，根据现场和室内试验结果，采用三维有限元模拟分析岩溶地区各相关参数变化对大直径嵌岩桩桩侧与桩端阻力的影响及其变化规律，研究其桩岩界面工作机理及其最佳嵌岩深度，获得以下结论：.1.岩溶地区的大直径嵌岩桩的上覆岩层分担了很大一部分的负荷，在设计时，其承载能力是不能忽略的。.2.岩溶地区的大直径嵌岩桩，随着上部荷载增加，桩端阻力和桩身摩阻力的效应是不同步的。当嵌岩深度超过三倍桩直径时，桩身摩阻力先于桩端阻力发挥作用，并承载大部分上部荷载。.3.群桩中荷载分布不均匀，嵌岩深度越大的桩能够承担越大的荷载。.4.当桩端阻力超过百分之十的总荷载时，嵌岩桩的侧摩阻力开始产生，并且随着嵌固深度的增加，其值也在增加。.5.嵌岩桩的最大嵌岩深度与桩身强度、桩长、覆盖层和基岩的强度与变形性质、覆盖层厚度等因素有关。在进行山区嵌岩桩设计时，应考虑覆盖层厚度因素，使嵌岩深度小于最大嵌岩深度，避免产生不必要的浪费。.6.临空面的存在，影响嵌岩桩的嵌固深度，不但改变了沉降变形情况，而且影响了上部结构的稳定性。.7.溶洞、裂隙，对桩基承载力有一定的影响，研究表明，溶洞、裂隙尺寸越大，桩侧阻力减小，桩竖向承载力也减小。