群桩复合地基承载变形特性的数值模拟研究

论文摘要

采用桩体复合地基能较好地发挥地基土体和增强体的承载潜能,而桩与桩间土承载潜能的充分发挥依赖于桩的合理布置方式,桩的布置方式中的一个关键问题是桩间距的确定。研究桩间距的确定对工程设计具有非常重要的指导意义。为此,本文基于群桩复合地基承载变形特性的数值模拟,研究了群桩复合地基中整体效果的形成条件,获得了考虑桩土共同作用效果的桩的合理间距。首先,对CFG桩单桩复合地基与CFG桩群桩复合地基的承载变形特性进行了数值模拟,并进行了对比分析。模拟结果表明:单桩复合地基的沉降量比群桩复合地基的沉降量小,单桩复合地基的桩身轴应力最大值发生在桩顶面处,而群桩复合地基的桩身轴应力最大值在桩顶面下的某个深度处。单桩复合地基桩周土中的附加应力主要在筏板的影响深度范围内,且沿深度方向衰减很快,桩端处没有应力集中现象,而群桩复合地基中的桩间土的附加应力在桩端附近有应力集中现象。其次,通过改变桩间距、桩长、褥垫层厚度、桩端土性等参数对CFG桩群桩复合地基的整体性问题进行了数值模拟。模拟结果表明:桩与桩间土形成整体效果与桩长及桩间距有关,桩长较短时,则要求桩间距比较小,如桩长L = 5m时,桩间距S≤3D时,桩与桩间土才成为一个整体,桩长较长时,桩间距可以较大些,如桩长L = 20m时,桩间距S = 5D时,桩与桩间土也能成为一个整体。从提高桩间土的承载力看,桩长并不是越长越好,存在一个临界桩长的问题。将CFG桩桩端放在土质较好的土层能够较大地提高承载力,若还想充分发挥桩间土的承载力,则褥垫层的设计尤为重要。最后,通过改变桩间距、桩长、桩身强度等参数对水泥土搅拌桩群桩复合地基的整体性问题进行了数值模拟。模拟结果表明:桩间距S = 2D时,桩与桩间土形成一个共同实体,若再减小桩间距,则性价比不太高。桩土应力比随着荷载的增大呈非线性增大,在水泥土搅拌桩屈服后,桩土应力比产生下降。在水泥土搅拌桩产生屈服前,桩承担的荷载比随着复合地基荷载的增大而增大,而桩间土承担的荷载比则减小。桩身强度对复合地基的沉降有较大影响,但在桩达到屈服前对桩土应力比、桩土荷载分担比,桩体应力集中系数和桩间土应力减小系数影响不大。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 群桩复合地基的研究现状
• 1.2.1 承载力问题研究现状
• 1.2.2 变形问题研究现状
• 1.2.3 桩土共同作用研究现状
• 1.3 本文的研究思路和内容
• 1.3.1 研究思路
• 1.3.2 研究内容
• 3D简介及基本原理'>第二章 FLAC^3D简介及基本原理
• 3D简介'>2.1 FLAC^3D简介
• 3D的基本原理'>2.2 FLAC^3D的基本原理
• 2.2.1 空间导数的有限差分近似
• 2.2.2 运动平衡方程
• 2.2.3 应变、应力及节点不平衡力
• 3D中的本构模型'>2.3 FLAC^3D中的本构模型
• 2.3.1 各向同性弹性模型
• 2.3.2 摩尔库仑模型
• 3D中接触面'>2.4 FLAC^3D中接触面
• 2.4.1 接触面基本理论
• 2.4.2 接触面参数的选取
• 3D的求解流程'>2.5 FLAC^3D的求解流程
• 2.6 本章小结
• 第三章 单桩复合地基与群桩复合地基的性能比较
• 3.1 前言
• 3.2 单桩复合地基数值模拟
• 3.2.1 计算模型的建立
• 3.2.2 沉降分析
• 3.2.3 桩身轴应力分析
• 3.2.4 土中附加应力分析
• 3.2.5 桩土应力比分析
• 3.3 群桩复合地基数值模拟
• 3.3.1 计算模型的建立
• 3.3.2 沉降分析
• 3.3.3 桩身轴应力分析
• 3.3.4 土中附加应力分析
• 3.3.5 桩土应力比分析
• 3.4 单桩复合地基与群桩复合地基性能比较
• 3.4.1 沉降对比
• 3.4.2 桩身轴应力对比
• 3.4.3 土中附加应力对比
• 3.4.4 桩土应力比对比
• 3.5 群桩复合地基中载荷试验的试验面积探讨
• 3.6 本章小结
• 第四章 CFG桩群桩复合地基整体性问题研究
• 4.1 前言
• 4.2 群桩复合地基整体性问题的涵义
• 4.3 桩间距变化对群桩复合地基整体性的影响研究
• 4.3.1 计算模型的建立
• 4.3.2 荷载沉降关系分析
• 4.3.3 桩端平面的沉降分析
• 4.3.4 桩土应力比分析
• 4.3.5 桩土荷载分担比分析
• 4.4 桩长变化对群桩复合地基整体性的影响研究
• 4.4.1 计算模型的建立
• 4.4.2 荷载沉降关系分析
• 4.4.3 桩土应力比分析
• 4.4.4 桩土荷载分担比分析
• 4.4.5 桩间土的承载力发挥系数分析
• 4.5 桩间距与桩长对桩间土反力的影响研究
• 4.5.1 桩间距的影响
• 4.5.2 桩长的影响
• 4.6 褥垫层厚度变化对群桩复合地基整体性的影响研究
• 4.6.1 计算模型的建立
• 4.6.2 荷载沉降关系分析
• 4.6.3 桩土应力比分析
• 4.6.4 桩土荷载分担比分析
• 4.7 桩端土性变化对群桩复合地基整体性的影响研究
• 4.7.1 计算模型的建立
• 4.7.2 荷载沉降关系分析
• 4.7.3 桩土应力比分析
• 4.7.4 桩土荷载分担比分析
• 4.8 本章小结
• 第五章 水泥土搅拌桩群桩复合地基整体性问题研究
• 5.1 前言
• 5.2 桩间距对水泥土搅拌桩群桩复合地基整体性的影响研究
• 5.2.1 计算模型的建立
• 5.2.2 桩土应力比分析
• 5.2.3 桩土荷载分担比分析
• 5.2.4 桩体应力集中系数和桩间土应力减小系数分析
• 5.2.5 桩端平面的沉降分析
• 5.3 桩长对水泥土搅拌桩群桩复合地基整体性的影响研究
• 5.3.1 计算模型的建立
• 5.3.2 桩土应力比分析
• 5.3.3 桩土荷载分担比分析
• 5.3.4 桩体应力集中系数和桩间土应力减小系数分析
• 5.4 桩间距与桩长对桩间土反力的影响研究
• 5.4.1 桩间距的影响
• 5.4.2 桩长的影响
• 5.5 桩身强度对水泥土搅拌桩群桩复合地基整体性的影响研究
• 5.5.1 计算模型的建立
• 5.5.2 荷载沉降分析
• 5.5.3 桩土应力比分析
• 5.5.4 桩土荷载分担比分析
• 5.5.5 桩体应力集中系数和桩间土应力减小系数分析
• 5.6 本章小结
• 第六章 水泥土搅拌桩群桩复合地基工程实例分析
• 6.1 工程概况
• 6.2 工程地质及参数选取
• 6.3 设计方案计算
• 6.3.1 方案一（桩长未穿透淤泥层，平均桩长11m）
• 6.3.2 方案二（桩长穿透淤泥层，平均桩长19m）
• 6.3.3 方案三（长短搅拌桩结合，部分桩长15m，部分桩长19m）
• 3D模拟及结果分析'>6.4 FLAC^3D模拟及结果分析
• 6.4.1 方案一数值模拟
• 6.4.2 方案二数值模拟
• 6.4.3 方案三数值模拟
• 6.5 桩间土压缩模量的改进算法
• 6.6 本章小结
• 结论与展望
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢