长短桩复合地基褥垫层作用影响因素数值模拟分析

论文摘要

褥垫层作为复合地基的关键技术,目前国内外尚未对其作用机理进行系统深入地研究,更未形成比较完善的设计理论和计算方法。长短桩复合地基作为一种比较新型的复合地基形式,褥垫层作用以及影响因素的研究尤为重要。本文基于理论分析和数值计算,系统地研究了褥垫层作用机理及其对长短桩复合地基工作特性的影响,这对褥垫层厚度的合理设置、褥垫层材料的选择及复合地基的设计具有重大的指导意义。长短桩复合地基的形式多种多样,本文针对刚-柔性长短桩复合地基研究,主要内容如下：1.综述了复合地基、长短桩复合地基以及褥垫层技术的研究现状。2.分析了褥垫层的作用机理,通过数值模拟和曲线拟合等方法总结出桩顶刺入褥垫层深度的经验公式。从复合地基位移协调出发,探讨了长短桩复合地基桩土应力比和荷载分担比的计算方法。3.通过工程实例,验证FLAC3D计算程序用于分析长短桩复合地基的可行性。利用FLAC3D计算程序分别从褥垫层厚度、弹性模量以及内摩擦角三方面进行研究,主要分析其对长短桩复合地基基础沉降、桩土应力比、荷载分担比及桩顶刺入量的影响。本文得到如下结论：（1）针对某工程长短桩复合地基设计方案,为满足地基承载力要求的同时并尽可能减小沉降,求出褥垫层最佳厚度为15cm。（2）褥垫层厚度的增大和弹性模量的减小均使长桩承担荷载减少,短桩和桩间土承担荷载、桩顶刺入褥垫层深度以及基础沉降均相应增加。（3）褥垫层厚度的增大和弹性模量的减小均能使短桩的荷载分担比随荷载增加的速率增大,以充分发挥短桩承载作用。（4）褥垫层内摩擦角在30°-50°时对长短桩复合地基工作特性的影响较小,内摩擦角20°时,褥垫层的流动现象明显,不宜做为褥垫层材料。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 复合地基研究应用现状
• 1.2.2 长短桩复合地基研究应用现状
• 1.2.3 复合地基褥垫层技术研究现状
• 1.3 本文研究思路与主要工作内容
• 第2章 褥垫层作用机理与桩土应力比计算方法
• 2.1 复合地基置换率、桩土应力比、桩土荷载分担比的概念
• 2.1.1 置换率
• 2.1.2 桩土应力比
• 2.1.3 桩土荷载分担比
• 2.2 长短桩复合地基中长桩、短桩的作用
• 2.2.1 长桩作用
• 2.2.2 短桩作用
• 2.3 褥垫层技术
• 2.3.1 褥垫层的作用
• 2.3.2 褥垫层的模量
• 2.3.3 褥垫层的合理厚度
• 2.4 褥垫层破坏模式分析
• 2.4.1 Terzaghi破坏模式
• 2.4.2 Mandel与Salencon破坏模式
• 2.4.3 冲切破坏模式
• 2.5 等长桩复合地基桩土应力比的计算
• 2.5.1 毛前桩土荷载比计算公式
• 2.5.2 李进军桩土荷载比计算公式
• 2.6 长短桩复合地基桩土荷载分担比计算分析
• 2.6.1 计算分析思路
• 2.6.2 褥垫层变形量计算
• 2.6.3 桩顶沉降量计算
• 2.6.4 桩间土沉降
• 2.7 本章小结
• 第3章 数值模拟计算方法介绍与实例验证
• 3.1 有限差分法
• 3.1.1 有限差分的基本概念
• 3.1.2 有限差分网格的剖分
• 3.1.3 差分公式
• 3.1.4 边界的处理
• 3.1.5 有限差分格式的建立
• 3.2 FLAC 3D介绍
• 3.2.1 FLAC 3D特点
• 3.2.2 FLAC 3D前后处理功能
• 3.3 模型的建立
• 3.3.1 基本假定
• 3.3.2 几何模型的建立
• 3.3.3 本构模型
• 3.3.4 接触面
• 3.4 实例验证
• 3.4.1 工程概况
• 3.4.2 建立FLAC模型
• 3.4.3 FLAC计算结果的验证
• 3.5 本章小结
• 第4章 数值模拟试验
• 4.1 数值模拟试验设计方案
• 4.1.1 建立模型
• 4.1.2 确定参数
• 4.1.3 计算结果与分析
• 4.2 褥垫层厚度对结果的影响
• 4.2.1 褥垫层厚度的选取
• 4.2.2 褥垫层厚度对沉降的影响
• 4.2.3 褥垫层厚度对桩土荷载分担比的影响
• 4.2.4 褥垫层最佳厚度确定
• 4.2.5 褥垫层厚度对桩体刺入褥垫层深度的影响
• 4.3 褥垫层材料对结果的影响
• 4.3.1 褥垫层材料参数的选取
• 4.3.2 褥垫层材料对沉降的影响
• 4.3.3 褥垫层材料对桩土荷载分担比的影响
• 4.3.4 褥垫层材料对桩体刺入褥垫层深度的影响
• 4.4 本章小结
• 结论与展望
• 1.结论
• 2.展望
• 致谢
• 参考文献