刚性基础下刚性长短桩复合地基桩土空间作用效应研究

摘要

桩与土的空间作用效应，使相同基础沉降下小承台板长短桩复合地基的承载性状与大承台板长短桩复合地基的承载性状之间存在差异。这种差异使得，目前用长短4桩复合地基静载荷试验结果验证长短桩复合地基承载力和沉降计算理论存在一定问题。而现实中，受场地和加载条件限制，多数情况下又仅能进行长短4桩复合地基静载荷试验。为解决理论与现实之间的矛盾，需要研究桩土空间作用效应问题。
　　本文在CFG桩-PHC管桩长短4桩复合地基静载荷试验研究的基础上，首先，通过数值模拟方法，探讨桩土间的空间作用效应问题，挖掘其与刚性基础下刚性长短桩复合地基承载性状的相关性。分析了刚性基础下刚性长短桩复合地基中荷载-沉降、桩-土应力、桩端阻比及桩刺入变形随桩数变化的规律，并给出了拟合函数表达式。研究表明:在相同荷载水平下，桩数越多，承台板沉降越大;随着荷载水平增加，同等荷载水平下，各模型承台板沉降差逐渐增大;相同承台板沉降下，桩数越多，长短桩复合地基所承担的荷载水平越小;随着承台板尺寸（桩数）增加，地面和深层土体水平位移量和应力扩散范围逐渐增大，最大水平位移逐渐向土层深部传递，长桩、短桩桩顶和桩端应力逐渐减小;随着承台板沉降增大，承台板等沉下不同模型中长桩或短桩桩顶和桩端应力差异逐渐减小，桩顶平面和长桩桩端平面土应力逐渐减小，短桩桩端平面土应力逐渐增加，长桩端阻比逐渐增大，中心短桩和长桩上刺入变形逐渐减小，角桩长桩上刺入变形逐渐增加，下刺入变形逐渐减小。
　　其次，诠释了桩长、桩间距及褥垫层厚度变化对刚性基础下刚性长短桩复合地基中荷载-沉降、桩-土应力、桩端阻比及桩刺入变形随桩数变化的规律的影响，并评判了影响度及其变化规律。研究表明:相同承台板沉降下，桩长变化对长短桩复合地基中短桩桩端平面土应力、桩顶应力、桩上下刺入变形随桩数变化的规律的影响显著;而对长短桩复合地基中荷载-沉降、桩端应力随桩数变化规律的影响在现场试验或工程设计时可以不予考虑;相同承台板沉降下，桩间距变化对长短桩复合地基承载力的影响，随着荷载增加逐渐增大，对长短桩复合地基中桩顶土应力、短桩端阻比随桩数变化的规律影响显著，且随着桩数增加，其影响程度逐渐减小，对桩刺入变形、桩顶和桩端应力、桩端阻比随桩数变化规律的影响在现场试验或工程设计时可以不予考虑;相同承台板沉降下，褥垫层厚度变化对长短桩复合地基中桩顶和桩端应力随桩数变化的规律影响显著，且随着桩数增加，其影响程度逐渐减小，而对于荷载-沉降、桩顶和桩端平面土应力、桩端阻比、桩顶和桩端刺入变形随桩数变化规律的影响在现场试验或工程设计时可以不予考虑。
　　最终，基于Boussinesq和Mindlin解，提出了长桩下刺入变形和下卧层附加应力计算方法;以长桩控沉为沉降计算理念，同时考虑桩土空间作用效应、长桩上下刺入变形、长桩桩顶褥垫层压缩变形及桩端下卧层压缩变形，提出了刚性基础下刚性长短桩复合地基沉降计算理论方法;通过工程实例计算与分析，验证了该计算方法的合理性与可行性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 现存问题及研究意义

1．2 长短桩复合地基国外研究综述

1．3 长短桩复合地基国内研究现状

1．3．1 长短桩复合地基承载性状研究

1．3．2 长短桩复合地基承载力计算方法研究

1．3．3 长短桩复合地基沉降计算方法研究

1．3．4 长短桩复合地基桩侧摩阻力研究

1．3．5 长短桩复合地基桩土空间作用效应研究

1．4 研究内容与方法

1．4．1 主要研究内容

1．4．2 研究的创新点

1．4．3 研究方法及技术路线

2 CFG桩-PHC管桩长短桩复合地基现场试验研究

2．1 引言

2．2 现场试验概况

2．2．1 现场试验环境

2．2．2 试验场区地质条件

2．2．3 试验场区水文条件

2．3 现场试验方案

2．3．1 现场试验参数

2．3．2 试验布桩方案

2．3．3 试验加载方案

2．3．4 试验监测方案

2．4 现场试验结果与分析

2．4．1 荷载-沉降曲线

2．4．2 桩-土应力比

2．4．3 桩顶刺入变形

2．4．4 深层水平位移

2．5 本章小结

3 刚性长短桩复合地基桩土空间作用效应数值分析

3．1 引言

3．2 4桩复合地基数值模拟对比分析

3．2．1 数值分析内容

3．2．2 模型参数与约束条件

3．2．3 数值模拟与现场试验对比分析

3．3 多桩复合地基承载性状对比分析

3．3．1 数值建模的对象

3．3．2 模型参数与约束条件

3．3．3 数值模拟过程分析

3．4 数值模拟对比分析

3．3．1 荷载-沉降曲线

3．3．2 水平位移

3．3．3 桩顶和桩端应力

3．3．4 桩顶和桩端平面土应力

3．3．5 桩端阻比

3．3．6 桩顶和桩端刺入变形

3．5 数值模拟对比分析

3．6 本章小结

4 刚性长短桩复合地基桩土空间作用效应参数影响分析

4．1 引言

4．2 数值建模对象

4．3 桩长变化对长短桩复合地基承载性状的影响

4．3．1 荷载-沉降曲线

4．3．2 桩顶和桩端应力

4．3．3 桩顶和桩端平面平均土应力

4．3．4 桩端阻比

4．3．5 桩顶和桩端刺入变形

4．4 桩间距变化对长短桩复合地基承载性状的影响

4．4．1 荷载-沉降曲线

4．4．2 桩顶和桩端应力

4．4．3 桩顶和桩端平面平均土应力

4．4．4 桩端阻比

4．4．5 桩顶和桩端刺入变形

4．5 褥垫层厚度变化对长短桩复合地基承载性状的影响

4．5．1 荷载-沉降曲线

4．5．2 桩顶和桩端应力

4．5．3 桩顶和桩端平面平均土应力

4．5．4 桩端阻比

4．5．5 桩顶和桩端刺入变形

4．6 本章小结

5 刚性长短桩复合地基沉降计算方法研究

5．1 引言

5．2 目前复合地基沉降计算常用方法

5．2．1 复合地基沉降计算的最终应力法

5．2．2 复合地基沉降计算的压缩区域分解法

5．3 长短桩复合地基沉降计算方法

5．4 本文修正计算方法

5．4．1 长桩顶褥垫层的压缩量s1计算方法

5．4．2 长桩桩顶上刺入量s2的计算

5．4．3 长桩桩端下刺入量s3的计算

5．4．4下卧层压缩量s4的计算

5．5 工程实例验证

5．5．1 工程概况

5．5．2 计算方法对比分析

5．6 本章小结

6 主要研究结论与展望

6．1 主要研究结论

6．2 进一步工作展望

参考文献

致谢

个人简历