竖向和水平向荷载共同作用下斜坡上桩基的承载特性和变形机理研究

With the deepening of China's urbanization, the urban construction land is becoming increasingly tense, and more and more buildings have been built on the hillsides. This kind of building piles are required not only to bear the upper structure loads, but also have the role of reinforcement slope, thus its mechanical property is more complex. Now the analysis against its bearing characteristics and deformation mechanism are not perfect, and a thorough and meticulous research is needed. This subject will carry out the following studies about pile-hillsides interaction mechanism, load transfer law and bearing performance of pile under complex loads through the model experiment, theoretical analysis and numerical calculation methods. First, to carry out the model experiment, revealing the bearing deformation mechanism, the load transfer law of pile on the hillside under complex loads. Secondly, according to the test results, proposes an elastic-plastic solution based on the unified limit force distribution model for pile on the hillside under complex loads, then deduces the finite difference solution, and prepares the corresponding finite difference program. Finally, through the analysis between the resistance of pile side at the typical depth and the pile displacement curve, proposed the simplified unified form of p-y curves of pile on the hillside under complex loads. The research will be bound to enrich in the pile foundation engineering analysis theory and design method, and has significant academic value and practical significance.

随着我国城镇化进程不断深入，城市建设用地日益紧张，越来越多的建筑物不得不建在斜坡上，这类建筑物的桩基不仅具有承担上部结构荷载的功能，又兼具加固边坡的作用，其受力性状较为复杂，目前针对该类桩基的承载特性及变形机理研究尚不完善，亟待开展深入细致的研究。本课题拟通过室内模型试验、理论分析和数值计算等方法，对桩-斜坡相互作用机理、荷载传递规律及其变形特性等开展研究：首先通过室内模型试验，揭示复杂荷载作用下斜坡上桩基的承载特性、荷载传递规律；其次根据试验结果，提出一种基于统一极限抗力分布模式的复杂荷载作用下斜坡上桩基的弹塑性解，进而推导出其有限差分解，并编制相应的有限差分程序；最后通过对典型深度处桩侧土抗力与桩身水平位移关系曲线的分析，提出复杂荷载作用下斜坡上桩基的简化的统一p-y曲线形式。本课题的研究将丰富桩基工程分析理论与设计方法，对建筑工程安全具有重要的学术价值与实际意义。

随着我国城镇化进程不断深入，城市建设用地日益紧张，越来越多的建筑物不得不建在斜坡上，这类建筑物的桩基不仅具有承担上部结构荷载的功能，又兼具加固边坡的作用，其受力性状较为复杂，因此本项目针对该问题通过室内模型试验、理论分析和数值计算等方法，对桩-斜坡相互作用机理、 荷载传递规律及其变形特性等开展研究，主要研究内容如下：（1）通过室内模型试验，揭示复杂荷载作用下斜坡上桩基的承载特性、荷载传递规律；（2）根据试验结果，提出一种基于统一极限抗力分布模式的复杂荷载作用下斜坡上桩基的弹塑性解，进而推导出其有限差分解，并编制相应的有限差分程序；（3）通过对典型深度处桩侧土抗力与桩身水平位移关系曲线的分析，提出复杂荷载作用下斜坡上桩基的简化的统一p-y曲线形式。. 得到如下结果：（1）自主研发了斜坡-桩基组合荷载加载系统，利用该系统研究斜坡上桩基在组合荷载作用下的承载特性，得到了各级荷载下斜坡桩基弯矩分布规律、桩身水平位移和桩侧土压力沿桩埋深的变化规律等。（2）提出了一种基于双参数地基模型，应用变分原理和最小势能原理导出桩身位移控制微分方程，并利用有限差分对方程进行求解的方法，该方法能够考虑土体的连续性和土层间的剪切相互作用及土体的塑性，较弹性分析法更为接近实际，通过与足尺模型试验结果和有限元计算结果进行对比，验证了该方法的准确性。（3）利用三维有限元数值模拟对砂土中斜坡上桩基在组合荷载作用下的承载特性进行了分析，得到组合荷载作用下的桩侧土压力分布规律和不同加载顺序和不同桩周土体参数对斜坡上桩基承载特性的影响。（4）结合室内模型试验结果，并利用有限元数值分析得到桩侧p-y曲线，提出了适用于不同斜坡坡角下，桩基础的水平承载特性计算的统一极限抗力分布模式以及对应的参数，可为类似斜坡上桩基水平承载特性的计算提供参数依据。