单桩竖向荷载作用下桩土相互作用研究

摘要

城市建设的飞速发展和高层建筑的拔地而起，不仅使地基加固的造价成倍的增加，而且为桩基础设计提出了更高的要求。桩土相互作用原理，桩基沉降与承载力之间的关系，是新形势下岩土工作者面临的新课题。在桩基设计中，桩的承载力及其沉降特性是首先要确定的重要指标。由于桩土体系是一种非常复杂的力学体系，其工程设计方法至今仍处于半理论半经验的状态。为能反映桩土体系的主要工作机理，而计算又不至于太复杂，近年来不少工程技术和研究人员将注意力放在研究桩的荷载传递函数特性上，根据所采用的荷载传递函数，只要进行一些简单的数学运算即可得到桩的荷载一沉降曲线，并由此分析单桩和群桩的工程力学性能。 本文分析总结了单桩的荷载传递机理，对涉及桩侧和桩端阻力性状的各个方面进行了深入细致的阐述，概括了竖向荷载作用下的桩土体系荷载传递的过程和规律，列出了工程实践中常用的荷载-沉降曲线；详细介绍了计算单桩沉降的各种方法，具体地分析了荷载传递函数法，总结了国内外学者研究提出的桩侧和桩端荷载传递函数。另外。还对计算单桩沉降的几种主要方法进行了分析对比。在分析研究了国内外大量桩基计算资料的基础上，在本文中笔者对桩侧采用合适的双曲线模型来反映荷载传递情况，桩端采用简化的弹性硬化模型来反映荷载传递情况，并推导出了单层地基条件下桩周土不同状态下的荷载-沉降解析解，然后将其应用于成层地基，为今后单桩沉降的计算提供了一种新方法，并通过对具体工程实例的分析研究得出了一些规律性的结论。最后运用数值模拟软件FLAC<'3D>对整个的沉桩过程进行了模拟计算，并把模拟结果与实测结果做了对比。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1桩基础概述

1.1.1桩基础发展简史

1.1.2桩基础的分类

1.1.3桩基础的适用范围

1.2桩基础沉降分析的研究现状

1.2.1弹性理论法

1.2.2剪切位移法

1.2.3荷载传递法

1.2.4数值分析法

1.2.5其它方法

1.2.6各种方法的对比

1.3本文的主要研究内容和工作

第2章单桩的工作原理

2.1桩土荷载传递机理

2.1.1桩土体系的极限状态

2.1.2桩土间的静力平衡

2.1.3桩土间的荷载传递及桩侧阻力的分布

2.2桩尖下土的极限平衡

2.3影响荷载传递的因素

2.4单桩的破坏模式

第3章单桩沉降分析荷载传递法

3.1荷载传递法

3.2荷载传递函数

3.2.1基于双曲线模式的传递函数

3.2.2基于弹塑性模式的传递函数

3.2.3基于剪切位移法的传递函数

3.2.4其它模型

3.3数值计算方法

3.3.1位移协调法

3.3.2解析法

3.3.3矩阵位移法

3.4参数取值及其优化

3.4.1参数取值

3.4.2参数优化

第4章基于荷载传递法的单桩沉降计算

4.1单桩荷载传递基本规律

4.1.1桩—土体系荷载传递的一般过程

4.1.2荷载传递的分析方法

4.2按桩顶沉降量计算单桩竖向承载力的分析方法研究

4.2.1计算假定

4.2.2单桩沉降计算函数的选取

4.3桩周土不同状态下的荷载沉降关系解答

4.3.1桩周土全部处于弹塑性状态阶段

4.3.2桩侧土处于弹塑性阶段；桩端土处于塑性硬化阶段

4.3.3桩侧土部分进入塑性阶段，部分处于弹塑性阶段

4.3.4桩侧土全部处于塑性阶段；桩端土处于弹性阶段

4.3.5桩侧土全部进入塑性阶段；桩端土处于塑性硬化阶段

4.4桩侧荷载传递参数a和b的确定

4.5多层地基土中的单桩荷载沉降关系求解

4.6研究算例

4.6.1 工程概况介绍

4.6.2土层参数

4.6.3实测桩基荷载沉降曲线和计算荷载沉降曲线对比

第5章单桩沉降的数值模拟分析

5.1有限差分方法简介

5.2 FLAC程序的基本原理

5.3 FLAC程序的应用范围

5.4 FLAC软件的主要特点

5.5 FLAC中使用的接触模型

5.6建模及计算结果分析

5.6.1计算模型

5.6.2边界条件

5.6.3网格划分及接触面单元

5.6.4计算参数选取

5.6.5沉降计算与分析

第6章结论和存在的问题

6.1主要结论

6.2存在的问题

攻读硕士学位期间发表的学术论文及参与的项目情况

致谢

参考文献