粉喷桩复合地基桩侧摩阻力强化效应有限元分析

论文摘要

工程实践表明,在粉喷桩复合地基中,桩土相互作用过程存在桩侧摩阻力在桩端附近强化的现象,但强化机理尚不明确。本文运用2D-σ有限元软件,根据复合地基和有限元有关理论,建立有限元分析模型,对粉喷桩桩侧摩阻力强化效应进行了分析研究,具体内容如下:1)简述了粉喷桩复合地基的发展历史及功能特点,总结了侧摩阻力强化效应目前的研究现状和目前已存在的强化效应作用机理。2)阐述了有限元基本原理,以一个工程实例的实测资料为基础,运用2D-σ有限元分析软件,对粉喷桩承载特性进行模拟计算,得到桩顶载荷与沉降变化规律,与实测数值较为吻合,验证了计算模型及所选参数的正确性。3)用有限元法探讨了粉喷桩承载特性,揭示了桩身轴向应力传递、侧摩阻力等沿桩身变化规律。初步定量分析了桩侧摩阻力强化效应与桩顶荷载、桩端土压缩模量、桩长、桩身压缩模量和桩端进入持力层深度等影响因素的关系,定性分析了强化效应与地下水、桩身质量、桩土间摩擦系数、侧向土压力系数及地表附加应力的关系。研究结果认为:桩端土压缩模量大于9MPa时,在桩端以上25倍桩径范围内,桩侧摩阻力增大约20130%,桩越短,增大的幅度越高。该结论对复合地基的设计具有指导意义。4)将所得研究成果应用在邯郸某危房重建工程设计中。考虑桩侧摩阻力的强化效应,对桩端附近强化效应作用范围内侧摩阻力乘以相应的强化系数,对工程进行设计。载荷试验结果显示,所取的强化效应作用范围及强化效应作用系数的取值能满足工程要求,充分挖掘了粉喷桩的承载能力,收到了较好的工程效益。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1 章绪论
• 1.1 粉喷桩复合地基发展历史
• 1.2 粉喷桩复合地基功能及特点
• 1.3 桩侧摩阻力强化效应国内外的研究现状
• 1.3.1 刚性桩侧摩阻力强化效应研究现状
• 1.3.2 粉喷桩侧摩阻力强化效应研究现状
• 1.3.3 侧摩阻力强化效应作用机理
• 1.4 研究问题的提出和研究意义
• 1.5 技术路线及研究内容
• 第2章 有限元法基本原理及模型建立
• 2.1 有限元法的理论基础
• 2.1.1 位移变分方程
• 2.1.2 最小势能原理
• 2.1.3 虚功原理
• 2.2 有限元解题的基本步骤
• 2.2.1 单元选择和位移模式
• 2.2.2 土的弹塑性模型
• 2.2.3 接触问题算法
• 2.2.4 有限单元法解题步骤
• 2.2.5 有限元分析中的关键问题
• 2.3 有限元模型的建立
• 2.3.1 2D-σ有限元分析软件简介
• 2.3.2 有限元模型建立及验证
• 2.4 本章小结
• 第3章 粉喷桩桩侧摩阻力的强化效应分析
• 3.1 侧摩阻力强化效应有限元分析
• 3.1.1 桩顶荷载影响分析
• 3.1.2 桩间土与桩端土压缩模量比影响分析
• 3.1.3 桩长影响分析
• 3.1.4 桩体与桩端土模量比影响分析
• 3.1.5 桩进入持力层深度的影响
• 3.2 其它影响因素的定性分析
• 3.3 粉喷桩侧摩阻力强化效应作用机理
• 3.4 本章小结
• 第 4 章 粉喷桩桩侧摩阻力强化效应在工程中的应用
• 4.1 工程简介
• 4.2 模型的建立
• 4.3 强化效应有限元分析与实测对比
• 4.3.1 桩顶载荷的影响
• 4.3.2 桩长的影响
• 4.4 强化效应在工程中的应用
• 4.4.1 改进的粉喷桩复合地基的设计
• 4.4.2 载荷试验分析
• 4.5 本章小节
• 结论与展望
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 攻读硕士学位期间发表的论文