基于平面应变模型的岩溶区嵌岩桩桩端极限承载力计算.docx

基于平面应变模型的岩溶区嵌岩桩桩端极限承载力计算
基于平面应变模型的岩溶区嵌岩桩桩端极限承载力计算
摘要：岩溶地区是我国地质条件特殊的地区之一，嵌岩桩因其承载力大、成本低、施工方便等优点得到广泛应用。本文以平面应变模型为基础，对嵌岩桩桩端极限承载力进行了计算，旨在为嵌岩桩的设计和施工提供参考。
关键词：岩溶地区；嵌岩桩；平面应变模型；极限承载力；桩端阻力；侧向摩阻力
1前言
岩溶地区地貌复杂，地质环境特殊，因此施工的难度较大，但在这样的环境下科学地利用地下空间与地下水资源具有重要的现实意义。而嵌岩桩因其在岩溶地区使用方便、成本低廉、承载能力大等优点被广泛应用。嵌岩桩是一种直接嵌入石灰岩、岩溶等地质环境中的桩型，其桩身形状为圆形或多边形，能够克服在岩溶地区常见的穿透性差、冲刷性强等地质问题，已经得到广泛的应用。
桩基础的计算方法早期以来主要采用的是“经验公式”，如美国建筑土木工程师协会提出的桩基中心受力公式和Hollerich提出的桩基侧摩阻力公式等，这些公式虽然计算简单，但结果误差较大。然而，近年来随着计算机工具和数字技术的提高，计算方法也逐渐趋向于数值分析方法，全面考虑了地基材料的力学性质，因此数值分析方法愈发受到人们的重视。
2平面应变模型的原理
(1)平面应变模型的定义
平面应变模型是指在分析某地物时，将这个物体的某一平面切出，然后将这一平面内部的比例尺缩小，以使这些元素的比例尺尽量相近，因此，每个元素在平面上的位置仍以等爬距离为规律，仍呈比例共同分布。这样平面内每个元素都可以维持成比例的关系，也保留了各元素之间的相对距离不变。
(2)平面应变模型的基本原理
平面应变模型的基本原理是介绍到彩色相机的基础，即三基色原理。三基色原理是指以红、绿、蓝三种基本颜色为基础色，通过不同的比例及亮度的组合，可以生成整个色谱的颜色，因此平面应变有了三个元素：纵向应变、横向应变和剪切应变。采用平面应变模型计算时，假设材料在桩的侧面是一均匀无限大平面，因此可以用平面应变理论计算出嵌岩桩的极限承载力。
3嵌岩桩的类型
目前，在岩溶地区，嵌入石灰岩、岩溶等地质环境中的桩型主要有以下三种类型：
(1)园柱状桩
园柱状桩是一种直径为20-50厘米的圆形柱体，它的长度根据自然条件和工程需要进行定制。由于其形状简单，制作实用，因此被广泛应用。
(2)方柱状桩
方柱状桩是一种长度为2-3米，宽度大约为20-30厘米的方形柱体，其外部呈白色，形状类似于水泥块。
(3)锥形桩
锥形桩是一种锥形的桩型，长度可长达10米，因此可以承载较大的荷载，它的设计应考虑桩的长度、直径和开挖方向等因素。在实践中，不同类型的嵌岩桩都具有优缺点，因此应根据实际情况选择适合的桩型。
4嵌岩桩的极限承载力计算
嵌岩桩的极限承载力通常可以分为桩端阻力和侧向摩擦阻力两部分。桩端阻力是指桩端部分用来支撑荷载的阻力，侧向摩擦阻力则是指桩身侧面与地面接触部分摩擦的阻力。其中，桩端阻力占总承载力的比重较大，因此我们主要考虑桩端阻力。
(1)桩身长度的影响
嵌岩桩的长度对其极限承载力的影响较为显著。当桩身长度较短时，桩端阻力响应一般集中在桩下面，随着桩身长度的增加，桩端阻力分布情况逐渐转向均匀分布的状态。因此，在计算嵌岩桩的极限承载力时，桩身长度是需要考虑的重点因素之一。
(2)岩性对嵌岩桩承载力的影响
不同岩性的地区，嵌岩桩的极限承载力也会产生巨大差异。石灰岩层的厚度、坚硬程度、粘土含量等都会影响嵌岩桩的极限承载力大小。在实际工程中，我们需要根据岩溶地质环境，选择相应的嵌岩桩长度、直径、间距以及深度等参数。
(3)地下水位和桩周土体的干湿状态对承载力的影响
地下水位的变化和桩周土体的干湿状态也会对嵌岩桩的极限承载力产生较大的影响。当地下水位上升时，桩周土体和水的摩擦阻力会下降，因此桩的承载能力也会随之减小；当桩周土体处于饱和状态时，同样会减小桩的承载能力。因此，我们在计算嵌岩桩的极限承载力时，也需要考虑这些因素的影响。
5结论
本文以平面应变模型为基础，介绍了嵌岩桩的类型及其极限承载力计算方法，并指出了嵌岩桩长度、岩性、地下水位和桩周土体的干湿状态等因素对其承载力的影响。嵌岩桩经过多年的实践应用，已经得到了广泛的推广和应用，并在岩溶地区的修建中发挥了重要的作用。我们希望本文能够为嵌岩桩的设计和施工提供一定的参考意义。