刚柔性桩复合地基非线性计算方法及其特性研究

论文摘要

近年来,在复合桩基的设计理论中出现了很多新的概念、新的桩型和施工工艺,其也从早期单一桩型的复合地基发展到近期的-I-多元桩、刚柔桩等各种桩型的复合地基。刚柔性桩复合地基是一种新的地基处理形式,通过刚性桩、柔性桩和桩间土体共同承担荷载,并能够充分发挥它们各自的优势。但截至目前,考虑土体非线性的计算方法,沉降变形特性及其各部分间相互作用的特征,尚有待进一步研究。因此,对刚柔性桩复合地基的非线性计算方法及其工作机理的研究具有重要的理论意义和工程实用价值。本文在变桩长、桩径刚性桩复合地基筏板基础分析方法的基础上,结合工程实践,建立了刚柔性桩复合地基的非线性数值计算方法,重点分析刚性桩、柔性桩优化分布方案、复合地基的沉降、承载特性、荷载传递机制及桩与体相互作用的特征。首先,将桩体视为线弹性材料,土体视为非线性材料,考虑桩与土之间的非线性相互作用,采用有限元法模拟褥垫层和承台,利用桩-土体系的近似解析模式,建立了刚柔性桩复合地基的非线性分析方法,并编制相应的计算程序。其次,利用所建立的分析方法与刚柔性桩复合地基工程实例进行分析比较,论证该方法的合理性和有效性。最后,对不同刚柔性桩复合地基方案进行计算与分析,研究地基沉降、承载特性,刚性桩与柔性桩分布以及桩长、桩间距对地基承载特性影响规律,桩顶反力、桩轴力、桩身摩阻力的变化规律等,得出一些有益结论。本文所建立的刚柔性桩复合地基的数值分析方法可用于工程设计方案的比较分析,具有较好的工程实用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 刚柔性桩复合地基研究现状
• 1.2.1 试验研究
• 1.2.2 数值方法研究
• 1.3 本文的研究内容和方法
• 第2章 刚柔性桩复合地基分析模型与数值计算方法
• 2.1 引言
• 2.2 地基土本构关系和土体变形模量计算
• 2.2.1 双曲线本构模型（邓-张）
• 2.2.2 土中某点附加应力分量（增量）、总主应力分量（增量）的计算
• 2.2.3 土层变形模量
• 2.3 褥垫层的有限元法
• 2.4 复合地基中桩-土体系的相互作用分析（不同桩长、桩径和桩弹性模量）
• 2.4.1 单桩与土的相互作用分析
• 2.4.2 桩与桩的相互作用分析
• 2.4.3 桩-土、土体单元之间的相互作用分析
• 2.4.4 桩身轴力和桩侧摩阻力
• 2.5 桩－土体系节点布置和土层划分
• 2.5.1 节点布置
• 2.5.2 土层划分
• 2.6 桩土体系的刚度矩阵
• 2.7 承台、褥垫层与桩—土体系共同作用的基本方程
• 2.8 分析方法的基本假设和特点
• 2.8.1 基本假设
• 2.8.2 方法特点
• 2.9 刚柔性桩复合地基基础分析程序
• 2.9.1 程序功能
• 2.9.2 程序流程图
• 2.10 本章小结
• 第3章 刚柔性桩复合地基数值计算比较
• 3.1 引言
• 3.2 本文数值模型与文献[35]数值模型
• 3.2.1 文献[35]数值模型
• 3.2.2 本文数值计算模型
• 3.3 两种方法计算结果的比较
• 3.3.1 沉降比较分析
• 3.3.2 荷载分担比比较分析
• 3.3.3 桩轴力随深度的变化情况（荷载传递机制）
• 3.4 本文数值计算方法的特点
• 3.5 本章小结
• 第4章 刚柔性桩复合地基工作机理分析
• 4.1 引言
• 4.2 基础方案与计算模型
• 4.2.1 基础方案
• 4.2.2 场地地质条件
• 4.2.3 计算模型
• 4.3 刚性桩复合地基基础
• 4.3.1 基础沉降
• 4.3.2 桩轴力、桩侧摩阻力
• 4.4 均匀布桩刚柔性桩复合地基
• 4.4.1 基础沉降
• 4.4.2 桩轴力、桩侧摩阻力与桩顶反力
• 4.5 变桩距刚柔性桩复合地基
• 4.5.1 基础沉降
• 4.5.2 桩轴力、桩侧摩阻力
• 4.5.3 基础沉降
• 4.5.4 桩轴力、桩侧摩阻力与桩顶反力
• 4.6 变桩距、变桩长刚柔性桩复合地基
• 4.6.1 基础沉降
• 4.6.2 桩轴力、桩侧摩阻力
• 4.7 各布桩方案的比较分析
• 4.7.1 沉降对比
• 4.7.2 桩轴力、桩侧摩阻力对比
• 4.8 本章小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢