成层地基中基桩沉降计算的非线性分析

摘要

桩基础是土木工程领域中应用最广泛的深基础之一。由于桩—土体系的复杂性，桩基础的沉降计算一直热点及难点问题之一。近年来，由于可以考虑土的成层性和非线性特性，荷载传递法在桩基沉降计算中得到了广泛的应用。荷载传递函数模型的选取对基桩沉降计算有重要影响。然而桩侧荷载传递函数采用曲线模型时，基本微分方程难于求解，且现有的荷载传递函数模型都没有考虑桩—土间的初始临界摩阻力。
　　 为解决这些问题，本文首先对桩基础的作用、发展和分类进行了概述，对竖向荷载作用下的基桩沉降计算现状进行了深入的探讨，归纳并总结目前应用较多的几种基桩沉降计算方法。对基桩的荷载传递过程和机理进行探讨，并重点对摩擦型桩和端承型桩进行对比分析。并对桩的荷载传递随有关因素变化的规律进行概括。从理想弹性体的应变、应力以及本构关系出发，建立了弹性力学的一般方程。然后通过简化，得到了荷载传递分析法的基本微分方程。桩侧采用理想弹塑性模型，桩端采用双曲线模型，对成层地基中的基桩沉降计算进行分析。得到求解荷载—沉降曲线的公式，并编写相应的MATLAB程序。将桩身分段，假定每段桩身内轴力保持不变，用线性弹簧模拟各桩段，用非线性弹簧模拟土体对桩侧和桩端的作用，从而建立一种多层地基土中考虑荷载传递非线性特性的基桩沉降计算简化方法。该方法无需求解复杂的微分方程，也无需对土体工作性质分别进行讨论。
　　 通过对桩—土界面变形特性的研究，说明桩土界面存在初始临界摩阻力。并建立考虑初始临界摩阻力影响的荷载传递双曲线模型。导得不同工况下，考虑初始临界摩阻力影响的求解荷载—沉降曲线的公式。并对考虑初始临界摩阻力影响的荷载传递双曲线模型的三个参数对桩顶沉降的影响进行分析，发现参数C对曲线的影响主要在荷载较小时;参数B随着桩顶荷载的增大，对曲线的影响越大;参数A则居中。将本文方法计算所得结果与实测数据和不考虑桩土界面初始临界摩阻力影响的基桩沉降计算结果进行比较，结果表明:考虑桩—土界面初始临界摩阻力影响的基桩沉降计算方法较不考虑该影响的计算方法在加载的初始阶段具有更高的计算精度。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 桩基础概述

1．1．1 桩基础的作用和适用性

1．1．2 桩基础的发展

1．1．3 桩基础的分类

1．2 竖向荷载下基桩沉降计算研究现状

1．2．1 荷载传递法

1．2．2 剪切位移法

1．2．3 弹性理论法

1．2．4 数值分析法

1．2．5 分层总和法

1．3 本文的主要研究内容及工作

第2章 竖向荷载下基桩的受力变形特性

2．1 竖向荷载作用下基桩的破坏模式

2．1．1 桩身材料屈服

2．1．2 持力层土整体剪切破坏

2．1．3 刺入剪切破坏

2．2 竖向荷载下基桩的荷载传递机理

2．2．1 荷载传递过程

2．2．2 荷载传递分析方法

2．2．3 荷载传递规律

2．3 竖向荷载作用下基桩的受力变形特性

2．4 基桩的负摩阻问题

2．5 影响基桩荷载—沉降关系的主要因素

2．6 本章小结

第3章 成层地基中基桩沉降计算

3．1 成层地基中基桩沉降分析研究现状

3．2 常用的荷载传递函数模型

3．3 荷载传递函数的确定方法

3．3．1 由现场原位试验确定

3．3．2 由小型或模型试验确定

3．3．3 由土(桩)的力学参数估算

3．3．4 由已有资料反算

3．4 成层地基中基桩沉降计算

3．4．1 荷载传递模型的选取

3．4．2 计算假定

3．4．3 荷载—沉降曲线的计算

3．5 本章小结

第4章 成层地基中基桩沉降的非线性分析

4．1 幂级数法

4．2 加权余量法

4．2．1 Ritz方法

4．3 简化分析方法

4．4 理论计算

4．5 计算实例

4．6 本章小结

第5章 考虑桩土界面初始临界摩阻力影响的计算方法

5．1 桩土界面初始临界摩阻力

5．2 修正的桩侧荷载传递双曲线模型

5．3 计算模型

5．3．1 桩端荷载传递模型

5．3．2 计算模型单元

5．3．3 计算模型

5．4 理论计算

5．4．1 部分桩段和土体未发生相对位移

5．4．2 所有桩段和土体发生相对位移

5．5 参数分析

5．6 算例分析

5．6．1 一号试桩

5．6．2 二号试桩

5．7 本章小结

结语

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文

附录B MATLAB程序