刚性长短桩复合地基变形刚度研究

论文摘要

长短桩复合地基是在复合地基的理论与实践不断发展的基础上出现的一种新型的地基处理形式。由于其既能满足工程上对地基承载力及变形的要求,又能达到节约资金的较好经济效果,在工程界得到越来越广泛的应用。但是,目前人们对长短桩复合地基的荷载传递机制及相互作用机理还处在初步研究阶段,相关研究还不够深入,设计理论还不够完善,尚处在初步探索阶段。本文主要采用三维有限元数值模拟与理论分析相结合的方法,从单桩复合地基、等长桩复合地基的荷载传递机制入手,研究复合地基,特别是长短桩复合地基中长桩侧摩阻力和端阻力与短桩侧摩阻力和端阻力发挥过程中的相互作用机理,进一步研究竖向荷载在长桩、短桩和桩间土之间的分配机制和变化过程；进而根据荷载传递机制及侧阻和端阻的作用机理,以单桩复合地基、等长桩复合地基的变形刚度为基础,建立长短桩复合地基的变形刚度。初步得到如下结论：(1)复合地基中桩侧摩阻力与桩侧土压力有关,当桩土产生相对滑动之后,桩侧摩阻力随着桩侧土压力的增大而增大；桩侧土压力与土体竖向应力有关,也就是与上部荷载在土体中的传递途径有关；(2)由于上部荷载向周围土体中扩散,单桩复合地基中,上部荷载向下传递的深度有限,桩侧土压力受上部荷载影响不大,桩侧摩阻力受上部荷载影响也不明显；群桩复合地基中,角桩、边桩、中心桩的桩侧土压力受上部荷载的影响深度逐渐增大；而不考虑承台外土体的群桩复合地基中心桩桩侧土压力全长受到上部荷载的影响,桩侧摩阻力与桩侧土压力有相同的变化趋势；(3)桩端阻力的发挥除了与桩端土体性质有关外,还与桩侧摩阻力有关。在桩侧摩阻力达到极限值之前,增加的上部荷载由桩侧摩阻力和桩端阻力共同承担,桩端土应力增加较缓慢；当桩侧摩阻力达到极限值以后,不能再承担新增加的上部荷载,所以新增加的上部荷载只能有桩端土承担,此后桩端土应力增加较快；(4)长短桩复合地基中,桩侧摩阻力的发挥也与桩侧土压力有关,端阻力发挥与侧阻和上部荷载有关。长桩的侧阻和端阻大于短桩,桩土应力比也大于短桩,并且随着短桩桩长的减小,长桩端阻增大,桩土应力比增大,而短桩端阻和桩土应力比减小；(5)长短桩复合地基中,水平方向的加固范围,长桩大于短桩,并且随着短桩长度的减小,短桩在水平方向的加固范围逐渐减小；(6)最后,在模拟分析单桩、等长桩复合地基变形刚度的基础上,本文给出了长短桩复合地基变形刚度的计算方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 复合地基理论
• 1.2.1 复合地基的概念
• 1.2.2 复合地基的分类
• 1.2.3 复合地基的作用机理
• 1.2.4 复合地基的发展概况
• 1.3 长短桩复合地基的理论
• 1.3.1 长短桩复合地基的产生
• 1.3.2 长短桩复合地基的作用机制
• 1.4 复合地基研究现状
• 1.4.1 刚性桩复合地基研究现状
• 1.4.2 长短桩复合地基研究现状
• 1.4.3 刚性长短桩复合地基研究现状
• 1.5 本文主要研究内容
• 2 刚性桩复合地基数值模拟
• 2.1 引言
• 2.2 ABAQUS有限元软件介绍
• 2.2.1 ABAQUS有限元软件简介
• 2.2.2 ABAQUS有限元软件的优点
• 2.2.3 ABAQUS程序的主要模块
• 2.3 土体本构模型
• 2.3.1 本构关系概述
• 2.3.2 弹塑性本构模型的选取
• 2.4 刚性单桩复合地基数值模拟
• 2.4.1 模型的基本假定
• 2.4.2 模型的建立与计算简图
• 2.5 刚性等长桩复合地基数值模拟
• 2.5.1 模型的基本假定
• 2.5.2 模型的建立与计算简图
• 3 单桩及等长桩复合地基数值模拟结果分析
• 3.1 刚性单桩复合地基数值模拟结果分析
• 3.1.1 土体沉降及竖向应力
• 3.1.2 桩侧摩阻力
• 3.1.3 桩端阻力
• 3.2 刚性等长桩复合地基数值模拟结果分析
• 3.2.1 考虑承台外土体作用
• 3.2.2 不考虑承台外土体作用
• 3.3 本章小结
• 4 单桩及等长桩复合地基变形刚度研究
• 4.1 等长桩复合地基的沉降计算
• 1的计算方法'>4.1.1 加固区土层压缩量s₁的计算方法
• 2的计算方法'>4.1.2 下卧层土层压缩量s₂的计算方法
• 4.1.3 加固区压缩量计算方法的局限
• 4.2 变形刚度研究的基本假定
• 4.2.1 桩侧摩阻力假定
• 4.2.2 计算单元假定
• 4.3 单桩复合地基变形刚度的建立
• 4.3.1 理论计算假定
• 4.3.2 理论推导过程
• 4.4 等长桩复合地基变形刚度的建立
• 4.4.1 理论计算假定
• 4.4.2 理论推导过程
• 4.5 本章小结
• 5 刚性长短桩复合地基模拟及理论分析
• 5.1 刚性长短桩复合地基数值模拟
• 5.1.1 模型的基本假定
• 5.1.2 模型的建立与计算简图
• 5.2 刚性长短桩复合地基数值模拟结果分析
• 5.3 刚性长短桩复合地基沉降计算理论
• 5.3.1 长短桩复合地基沉降计算基本理论
• 5.3.2 目前常用计算方法
• 5.3.3 刚性长短桩复合地基变形理论建立
• 5.4 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 本文主要结论
• 6.2 后续工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历及在学期间发表的学术论文与研究成果