Studio sulle prestazioni di portanza verticale di pali su grotta carsica

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 4944 (2023) Citare questo articolo

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Le caverne hanno influenzato il meccanismo di trasferimento del carico delle fondazioni su pali del ponte, e quindi la sicurezza del ponte è stata minacciata. Questo studio mirava a studiare l'effetto della grotta carsica sotto le fondazioni su pali dei ponti sulle caratteristiche di portanza verticale delle fondazioni su pali dei ponti mediante prove di carico statico, analisi degli elementi finiti e modello meccanico. Durante la prova, l'assestamento del palo è stato misurato mediante un misuratore di spostamento e la forza assiale è stata misurata mediante misuratori di sforzo. L'assestamento del carico, la forza assiale, l'attrito della pelle dell'unità e i rapporti delle resistenze laterali e di punta sono stati confrontati con il risultato della simulazione. Quindi sono state selezionate sedici condizioni nell'analisi degli elementi finiti, una di queste era un palo convenzionale non in grotta. Gli altri avevano circa cinque tipi di altezza, cinque tipi di campata e sei tipi di spessore del tetto della grotta. Per calcolare lo spessore del tetto consentito sono state stabilite le travi larghe semplicemente supportate e fisse. I risultati rivelano che quando la campata della grotta è maggiore di 9 m × 9 m o lo spessore del tetto è inferiore a 2 D (diametro del palo), lo stress e la deformazione dei pali sono significativamente influenzati.

Il Carso è un substrato complesso e, con i supporti stabili richiesti per le strutture dei ponti, le prestazioni delle fondazioni su pali dei ponti nel Carso sono di vitale importanza. Possono verificarsi tre scenari problematici quando si installano fondazioni su pali di ponti in terreni con grotte carsiche: grotta su palo, grotta sul lato del palo o grotta sotto palo. Le caratteristiche portanti dei pali differiscono significativamente al variare delle dimensioni e della copertura della grotta sottostante1. La caverna sotto il palo provoca la mancanza dello strato portante alla base del palo, il che rappresenta una minaccia per i pali2,3,4,5.

Le prestazioni portanti delle fondazioni su pali di ponti in aree carsiche hanno attirato molta attenzione da parte degli studiosi. Feng, Chen e He hanno previsto con successo la resistenza portante e la stabilità dei pali costruiti su una grotta carsica sulla base del modello grigio ad alta precisione6,7,8,9. Wong e Dong hanno implementato la legge sull'assestamento del carico e il metodo di calcolo della capacità portante e dello spessore sicuro nelle aree carsiche utilizzando un test di carico statico e una deduzione teorica10,11. Chen e Hu hanno studiato la modalità di distruzione verticale di pali parzialmente avvitati e ne hanno calcolato la capacità portante mediante test e simulazioni12,13. Zhang14,15 ha riscontrato l'influenza dello spessore e delle dimensioni del tetto della grotta sulla capacità portante e la sensibilità di ciascun fattore. Liu e Fattah hanno studiato le prestazioni verticali del palo al variare delle dimensioni, dello spessore del tetto e della forma della grotta carsica e hanno analizzato la stabilità del palo16,17.

La maggior parte degli studiosi ha studiato le modalità di cedimento e la stabilità della copertura della grotta carsica. Zhao e Xiao hanno proposto la stabilità di un vuoto e di più vuoti in diverse condizioni non drenate e hanno discusso l'influenza del carico inclinato sul vuoto18,19. Jiang, Zhao, Zhang, Wang e Bai hanno stabilito il modello meccanico semplicemente supportato per ottenere la formula di calcolo teorico dello spessore sicuro del tetto della grotta e hanno studiato la modalità di distruzione del tetto, quando il tetto è soggetto a punzonatura, taglio, flessione e trazione fallimento20,21,22,23,24. Secondo Wilson, Tschuchnigg e Rodrigo, la stabilità di una struttura potrebbe essere determinata mediante l'analisi dell'equilibrio limite in ingegneria25,26,27. Lee ha proposto la stabilità del vuoto in diverse condizioni non drenate e ha discusso l'influenza del carico inclinato sul vuoto28,29. Quasi tutte le ricerche di cui sopra sono studiate mediante l'analisi degli elementi finiti e il modello meccanico. La prova di carico statico è uno dei metodi più affidabili per studiare le prestazioni dei pali30,31,32,33,34.

In questo studio, gli effetti dell'altezza, della campata e dello spessore del tetto della grotta carsica sottostante sulle caratteristiche di portanza verticale delle fondazioni di pali dei ponti sono stati studiati mediante la prova di carico statico e l'analisi degli elementi finiti. La capacità portante verticale è stata ottenuta in diverse grotte. Nel frattempo, le caratteristiche di trasferimento del carico sono state studiate in diversi scenari, tra cui la forza assiale, la resistenza dell'albero dell'unità e i rapporti di due resistenze.