中图分类：TU753.7

学科分类：560.45

成果类别：基础理论

成果水平：未评价

研究起止时间：2010-01～2011-12

评价形式：验收

1.研究背景及意义 海南省海口市的抗震设防烈度为8度,设计基本地震加速度值为0.30g,在全国省会城市中是最高的。红黏土是一种特殊土,具有很强的结构性,海南省红黏土又具有其特殊性。管桩在海南省建筑基础施工应用的市场份额达80%,每年的市场需求在150万米左右。基于以上几点,对海南省红黏土的力学特性进行试验研究,建立考虑结构性的红黏土本构模型,继而对红黏土中排土管桩的抗震性能进行研究无疑具有非常重要的理论及现实意义。 2.主要论点与论据 a)结果表明：两类超固结比下,相同围压,具有不同超固结比试样的结构性发挥系数演化规律具有很好的归一性;不同固结围压时,两类超固结比下,该系数也同样具有很好的归一性。结构性发挥系数的理论公式为一个三段式函数,形式简单,参数少且具有较好的稳定性。基于排水三轴剪切试验,提出了饱和土不排水强度比随超固结比以及初始剪切变形变化规律的拟合公式,引入似超固结比的概念来考虑超孔隙水压力的影响,应用拟合公式来考虑剪切变形的影响,推导出了饱和土不排水强度的退化公式。 b)在构建的结构性饱和土动力本构模型的基础上,针对单桩基础,结合大型有限元程序建立了摩擦桩—土—结构体系、端承桩—土—结构体系的有限元—无限元模型;探讨了不同桩体长径比对两者动力反应特性的影响。 c)引入饱和土的结构性动力本构模型,结合通用有限元程序建立了桩—土—结构体系的有限元—无限元耦合模型,分别考察了水平地震作用下土体结构性、超孔隙水压力、地下水位和界面力学行为对桩身截面剪应力、水平位移、水平加速度分布的影响。 D)将沉桩挤土过程视作沿桩长不变的一系列点位形成的球形孔扩张过程,把扩张过程中的桩周土体分为3个区域：流动破坏区、塑性变形区、弹性变形区。应用圆孔扩张理论,结合修正剑桥模型推导出了球孔扩张引起的土体应力、位移分布解析解。对p-y曲线法目前的研究现状进行总结,并在此基础上,对其存在的问题进行分析。 3.创见与创新 1)基于试验研究饱和红黏土的结构特性,提出分别构建球应力结构性参数和偏应力结构性参数,并给出了与两者演化规律相应的定量计算公式,建立了考虑结构性影响的饱和红黏土结构性本构模型;2)基于所构建的结构性本构模型,首考虑土体的结构性来研究管桩的沉桩挤土效应,推导出了沉桩后桩周土体内应力、应变、位移分布的解析解。 4.社会经济效益,存在的问题 该项目对红黏土地基中排土管桩的抗震性能进行研究,选题紧扣海南省工程建设实践中“红黏土”、“管桩”、“抗震”这几大热门元素,所得结论均可用于指导红黏土地基中排土管桩的抗震设计,也可为其他具有相似力学特性土体构成地基中的桩基抗震设计提供参考。 存在如下两方面的问题：a.构建的本构模型存在参数较多的缺点,还需进一步的验证与完善;b.数值模型属于二维模型,更切合实际的应是三维模型。