砼芯水泥土搅拌桩单桩沉降和复合地基荷载作用机理研究

论文摘要

砼芯水泥土搅拌桩是在水泥土搅拌桩中即时插入预制钢筋混凝土芯而形成的一种新型复合材料桩。目前,在该桩承载力机理试验研究方面已较为成熟。但关于砼芯水泥土搅拌桩沉降计算和复合地基荷载作用机理方面尚缺乏研究。本文在大量桩基研究成果的基础上应用桩-土作用理论和有限元仿真分析的方法,对砼芯水泥土搅拌桩单桩沉降和砼芯水泥土搅拌桩复合地基工作机理进行了深入地分析和探讨,取得了如下主要成果和结论:1.建立了适合砼芯水泥土搅拌桩桩-土共同作用研究的力学模型,提出了砼芯水泥土搅拌桩荷载-沉降关系的解析分析方法。根据砼芯水泥土搅拌桩荷载—沉降关系的微分方程,建立数值分析模型,通过计算得到了砼芯水泥土搅拌桩的荷载-沉降关系曲线。2.运用改进的剪切位移法、弹性理论法、荷载传递法分别计算砼芯水泥土搅拌桩单桩沉降,并结合工程算例,比较了这几种方法的工程适用性。3.运用有限元数值仿真分析的方法,分析了荷载变化时,砼芯水泥土搅拌桩单桩桩顶内芯和外芯的荷载分担情况、以及内芯桩侧桩端荷载传递比例的变化规律。4.分析了砼芯水泥土搅拌桩单桩沉降影响因素变化时,桩顶沉降的变化规律,并对一些设计参数提出了有益意见;比较了不同荷载作用下,水泥土搅拌桩、混凝土桩和砼芯水泥土搅拌桩的桩侧摩阻力、桩顶沉降的变化特征,得出了砼芯水泥土搅拌桩承载力最高、沉降最小的结论。5.分析了砼芯水泥土搅拌桩复合地基的荷载作用机理,特别是荷载、芯桩面积、芯桩长度、褥垫层厚度和模量变化时,复合地基的P-S曲线、桩顶位置的应力分布、桩身内外芯竖向应力及桩侧摩阻力的变化规律。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1.引言
• 1.2.桩基的发展历史
• 1.3.与砼芯水泥土搅拌桩相关桩基的种类及其发展现状
• 1.3.1 预制桩的发展现状
• 1.3.2 水泥土搅拌桩的发展历史及研究现状
• 1.3.3 砼芯水泥土搅拌桩的发展历史
• 1.4 砼芯水泥土搅拌桩研究现状
• 1.5 本文的研究方法和内容
• 第二章 砼芯水泥土搅拌桩的材料特性及强度影响因素
• 2.1 引言
• 2.2 砼芯水泥土搅拌桩的施工工艺流程
• 2.3 砼芯水泥土搅拌桩桩身物理力学特性
• 2.3.1 内芯的物理力学性质
• 2.3.2 水泥土外芯的物理力学特性
• 2.4 砼芯水泥土搅拌桩的综合材料特性
• 2.5 砼芯水泥土搅拌桩桩身材料强度影响因素
• 2.6 适用范围
• 2.7 本章小结
• 第三章 砼芯水泥土搅拌桩单桩理论分析
• 3.1 引言
• 3.2 剪切位移法
• 3.2.1 力学模型方程的建立
• 3.2.2 方程的求解
• 3.3 弹性理论法
• 3.3.1 理想化模式的沉降分析
• 3.4 荷载传递分析法
• 3.4.1 荷载传递模型的建立
• 3.4.2 桩顶荷载和沉降的解析方法
• 3.4.3 砼芯水泥土搅拌桩荷载沉降分析的迭代方法
• 3.5 工程算例
• 3.6 本章小结
• 第四章 砼芯水泥土搅拌桩单桩有限元分析
• 4.1 有限单元法
• 4.1.1 引言
• 4.1.2 有限单元法分析过程
• 4.2 非线性材料的本构关系
• 4.2.1 概述
• 4.2.2 本构方程的普通表达式
• 4.2.3 Drucker-Prager模型
• 4.3 非线性材料有限单元法
• 4.3.1 直接迭代法
• 4.3.2 增量法
• 4.4 砼芯水泥土搅拌桩的模拟方法
• 4.4.1 ANSYS简介
• 4.4.2 分析程序介绍
• 4.4.3 solid45单元
• 4.4.4 接触的模拟
• 4.4.5 施加初始地应力
• 4.4.6 ANSYS中材料非线性模拟
• 4.5 建模及仿真结果分析
• 4.5.1 P-S曲线分析
• 4.5.2 结果云图显示
• 4.5.3 桩身内外芯的荷载分担情况
• 4.5.4 芯桩桩侧桩端传递荷载情况
• 4.5.5 影响桩顶沉降因素分析
• 4.5.6 砼芯水泥土搅拌桩内芯竖向应力和外芯竖向应力沿深度的分布
• 4.5.7 不同材料桩桩土界面侧摩阻力和沉降分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 砼芯水泥土搅拌桩复合地基有限元分析
• 5.1 引言
• 5.1.1 复合地基的定义与分类
• 5.1.2 复合地基的作用机理
• 5.1.3 砼芯水泥土搅拌桩复合地基的研究现状
• 5.2 砼芯水泥土搅拌桩单桩复合地基仿真模型的建立
• 5.3 影响因素分析
• 5.3.1 荷载的影响
• 5.3.2 芯桩面积的影响
• 5.3.3 芯长比的影响
• 5.3.4 褥垫层厚度的影响
• 5.3.5 褥垫层模量的影响
• 5.4 不同材料桩体复合地基对比分析
• 5.4.1 计算参数确定
• 5.4.2 结果分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论和展望
• 6.1 本文研究工作总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表论文和科研工作情况