考虑坡度效应的群桩体系桩-土横向相互作用试验与理论研究

Simulating the pile-soil reaction properly is an important foundation for analyze the bearing mechanism of pile group under lateral load. However, many pile groups are set on the slope directly in the mountainous regions where triggers the slope-effect caused by slope, so the pile-soil reaction becomes more complex and conventional models of pile-soil reaction are inapplicable. Therefore, in this project the formation mechanism and influence factors of slope-effect are deeply analyzed. Firstly, a contrast test is conducted between pile groups which set on the ground and slope respectively, so the Load-tansfer mechanism, failure model and the load-settlement curve characteristic of pile group under lateral load will be investigated carefully. Then, the infuence of some parameters to the slope effect of pile groups will be discussed, such as the mechanical parameters of pile and soil, the slope grade and the location of pile on the slope. Finally, based on the results of model test and numerical simulation, the compensation method of soil resistance and the influence depth of slope effect will be proposed, and a rational model of pile group-soil reaction will be established, and an corresponding method to achieve the loading capacity and transformation for pile groups which located on slope will be gained. Besides, a guide referencing for pile groups on slope design will also be proposed.

建立合理的桩土相互作用模型是开展横向荷载下群桩基础受力分析的基本前提之一。而随着山区基础建设的蓬勃发展，大量桩基础直接位于斜坡之上， 由于坡度效应的存在导致桩土相互作用更为复杂，常规方法难以适用。鉴于此，本研究拟对横向荷载下群桩的坡度效应形成机理与影响因素以及由此对桩基受力性能的影响进行深入研究。首先，开展陡坡上与平地桩基横向承载对比破坏试验，探讨斜坡上群桩基础破坏全过程的荷载传递机理、桩土作用力分布及破坏模式等；在此基础上，开展数值对比模拟计算，全面分析桩土体参数、基桩布置方式、边坡坡度对坡度效应的影响规律；最后，基于试验与数值计算结果，解决由于坡度效应造成的土体抗力与土体压力影响深度及折减程度的确定方法，由此建立可充分考虑坡度效应的斜坡上群桩体系桩-土横向相互作用模型，进而提出横向荷载下斜坡上群桩承载力及变形计算方法，为相关设计提供参考。

随着我国西部山区高速公路建设的高速发展，不少陡坡段采用全高架桥或半路半桥的形式穿越，从而导致部分桩基建于高陡的河谷岸坡上。此时，由于坡度效应的存在导致桩土相互作用更为复杂，常规方法难以适用。鉴于此，本研究采用从室内模型试验、理论分析、数值模拟等入手，对横向荷载下建于边坡处群桩的坡度效应形成机理与影响因素以及由此对桩基受力性能的影响进行深入了研究。主要研究工作及重要结论如下：.（1）开展陡坡上（30°、45°和60°）与平地桩基横向承载对比破坏试验，获得了斜坡上群桩基础破坏全过程的荷载传递机理、桩土作用力分布及破坏模式等基本规律。试验结果表明，坡度效应导致桩前土体缺失以致桩周土对桩身水平位移的约束能力降低。陡坡段横向受荷桩的桩土相互作用主要集中在距地表一定深度以上的范围内；.（2）通过有限元数值分析，建立了高陡横坡段桥梁单桩结构的三维数值模型，分析研究了不同坡角、土体粘聚力、内摩擦角条件对横向受荷桩桩身内力及位移的影响，以及坡度效应对于桩基承载的折减规律；.（3）提出了坡地条件下横向受荷桩不同深度处的p-y曲线，建立了斜坡上横向受荷桩的土体破坏应变楔模型以及相应的桩土相互作用模型，该模型可充分考虑坡度效应的影响；.（4）将应变楔模型用于斜坡上横向受荷基桩的承载分析，提出了适用于陡坡段上横向受荷桩的水平变形的计算方法，通过与室内模型试验得到的数据对比，证明了该计算方法的合理性，可满足工程设计计算需要，并且计算结果偏于安全；.（5）考虑土体滑裂面曲线为对数螺旋曲线的情况下，结合薄层单元法，提出了斜坡段群桩桩间有限宽度土体土压力计方法；.（6）针对陡坡段横向受荷桩的复杂性和特殊性，提出了相应的设计指南，编制了施工指南，从而为实际工程建设提供了技术指导。