采动对桩基承载力学特性影响研究

As an important form of mining area building foundation, pile foundation has strong adaptability.to foundation deformation, but the pile foundation design theory and method in mining area is not perfect, so study on the effect of the pile bearing capacity by mining has an important theoretical and practical value.Through pile static load simulation test in mining area, the mining surface movement pattern effection on the transfer mechanics of the pile under axial load will be analyzed. The development of the pile negative friction resistance that may produce by mining surface subsidence will be studied. The pile mechanical proporties will be analyzed under mining surface movement, subsidence and axial load. Mesoscopic particles flow numerical model is set up that is consistent with pile macroscopic mechanical behavior, then the mesoscopic research on the pile-soil interaction mechanics behavior and the coupling effect of the axial load pile respectively under the surface movement, subsidence and as well as the two. The pile load transfer mechanism and settlement mechanism of the axial load pile in mining will be system revealed, and the surface movement and subsidence influence factor for the pile bearing capacity will be determined, then the design theory and calculation method of the pile in mining area will be established. The results not only help to perfect the theory and calculation method of the pile foundation design, but alsohas important theoretical significance and application value for the sustainable development of the mining area.

作为采动区建筑物基础的一种重要形式，桩基对地基变形具有较强的适应性，但目前针对采动区桩基设计理论和方法还不完善，因此研究采动对桩基承载力学特性的影响具有重要理论意义和工程实用价值。通过采动区桩基静载荷模拟试验，分析采动地表移动模式对轴向受荷桩荷载传递机制的影响，研究因地表下沉产生的桩负摩阻力发展变化规律，以及采动地表移动与下沉共同作用对轴向受荷桩力学特性的影响；建立与桩基模型试验宏观力学行为一致的细观颗粒流数值分析模型，从细观上分别研究在地表移动、下沉以及二者共同作用对轴向受荷桩的桩-土相互作用细观力学行为及耦合效应；深入揭示采动影响下轴向受荷桩的荷载传递机制和沉降变形机理，确定地表水平移动与下沉对桩基承载力的影响因子，建立适用于采动区的桩基设计理论与计算方法。研究成果不仅有助于推动桩基础设计理论和计算方法的完善，而且对于采矿区的可持续发展具有重要的理论研究意义和应用价值。

为研究煤矿开采影响下建筑物桩基的承载力学这一难题，基于采动区地表沉陷规律和桩基试验特点，设计研发了采动区桩基模型试验系统；开展了采动地表沉陷过程桩基载荷模型试验，揭示了地表沉陷过程中桩基荷载传递机制和破坏机理；采用数值方法分析了采动区地表沉陷过程中桩基力学特性影响因素，并分析了不同采动地表水平位移模式对桩基水平承载力学特性的影响。主要研究内容如下：.开展了在地表沉陷正曲率上桩基承载力学特性试验,实测了地表土体沉陷过程中处于不同正曲率地表沉陷位置上桩的桩身轴力、桩侧摩阻力和桩端阻力，同时分析了不同沉陷正曲率位置对桩的桩荷载传递机制的影响，揭示了位于采动地表沉陷正曲率不同位置上桩基沉降及破坏机理。科学意义：地表沉降曲率可作为一定量指标计算采动区桩基承载力的，修正现有桩基承载力计算公式。.采用数值模拟软件建立了地表土体沉陷演变过程中桩-土相互作用的数值分析模型，对沉陷过程中桩基承载特性进行系统分析。针对桩本身几何条件，分析了采动土体沉陷发展过程中不同桩长和桩径影响下桩及桩周土的应力场和位移场特征;发现在土体沉陷过程中，桩长越长、桩径越大和桩周土的内摩擦角越大，对桩基稳定性越有利。科学意义：采动地表沉陷区桩基设计与加固则均应考虑桩长、桩径和桩周土体这三个因素对桩基承载力的影响。.研究了四种典型的不同地表水平移动模式（矩形、正三角、倒三角和抛物线）对桩基影响的分析，不同土体侧移模式对建筑物桩基的桩身位移、变形、内力和总土压力影响不同；同一位移级别下桩身倾斜程度不同，其中正三角土体侧移模式下桩身倾斜最大，倒三角形土体侧移模式作用下桩身倾斜最小；土体侧移模式对桩身轴力影响较小，对桩身弯矩影响较大，其中倒三角形土体侧移模式下桩身产生的最大弯矩,是抛物线形土体侧移模式作用下桩身最大弯矩的二倍。科学意义：对位于采动区地表水平移范围内的桩基受力和破坏提供依据。