混合桩型复合地基工程性状的理论与试验研究

摘要

该文的创新性研究内容主要包括几个方面:1. 运用有限元法分析总结出复合桩基及混合桩型复合地基的主要工程性状.通过量纲分析,得出了影响复合桩基和混合桩型复合地基工程性状的主要因素,并对此进行参数分析,对桩和垫层的合理布置也进行了讨论.通过与弹塑性有限元分析的对比,说明弹性分析可较准确地反映基础在工作荷载下的工程性状.2. 建立弹性半空间中求解单桩的第二类Fredholm积分方程.采用积分变换方法来求解弹性半空间中圆形荷载的基本解,按照虚拟桩法建立分析模型,基于圆形荷载的基本解推导出单桩分析的第二类Fredholm积分方程,对其进行数值计算求得桩身各点处的轴力、剪力和位移等.数值计算结果表明,与已有经典解答相比,该文的理论更为严密,适用范围和求解结果也更为丰富.对单桩的荷载传递、沉降特性以及临界桩长等问题进行了参数分析,得出一些具有工程应用价值的结论.3. 研究了复合桩基积分方程解法.将单桩的积分方程解法推广至复合桩基的求解,其中引入了承台下地基土参与共同作用,可用于求解桩长、桩径以及桩身刚度均不相等的复杂桩型的问题.对复合桩基积分方程的数值计算方法进行了研究,并与经典文献的结果进行广泛的对比,验证了该文方法和计算程序的正确性.针对不考虑承台下地基土作用的等长群桩、不等长群桩以及考虑承台下地基土作用的等长群桩、不等长群桩等四种情况,通过参数分析研究了各自的基础沉降、荷载传递和桩土荷载分担特性,并讨论了加筋和遮帘效应对群桩相互作用的影响.4. 研究了混合桩型复合地基积分方程解法.采用Winkler分布弹簧模拟复合地基中的垫层作用,建立了混合桩型复合地基的分析模型.通过参数分析研究了垫层作用下的桩土荷载分担和基础沉降特性,其中分别考察了垫层厚度、弹性模量、桩间距、桩身刚度以及不同桩的长度对复合地基性状的影响.5. 研究了基础的变刚度优化设计问题.该文分别研究了柔性筏板下基于最小差异沉降的群桩优化布桩方案和刚性筏板下基于各桩最小差异荷载的桩筏基础优化布桩方案,通过调整桩基础在空间内的刚度分布,寻求改善基础实际受力状况的优化设计方法;还对运用垫层变刚度方法实现复合地基优化设计的问题进行了理论研究.6. 层状地基中复合桩基和混合桩型复合地基的积分方程解法.基于传递矩阵-底层刚度矩阵法推导出弹性层状地基轴对称荷载作用下的基本解,按照虚拟桩法建立了层状地基中单桩分析的第二类Fredholm积分方程.在此基础上,将积分方程解法推广至层状地基中复合桩基和混合桩型复合地基的求解,可用于求解各种桩长、桩径以及桩身刚度均不相等的复杂问题.该文由此建立了分析层状地基中混合桩型复合地基比较完整的理论体系,并对层状地基中复合桩基的工程性状进行了参数分析.7. 混合桩型复合地基的现场试验研究.针对带垫层的刚性长桩-柔性短桩构成的混合桩型复合地基,分别对一幢7层和一幢14层住宅楼的现场试验数据进行系统的分析,总结了建造和使用过程中刚性长桩、柔性短桩和地基土的荷载分担特性和基础沉降规律,并用该文提出的计算方法对部分试验结果进行了比较分析.