竖向荷载作用下基桩的可靠度分析

摘要

随着我国经济水平的快速发展，高层建筑和桥梁等大型土木工程越来越多，桩基由于它具有承载力高、易施工、沉降小等优点，被越来越多的用作工程的基础形式。在桩基工程中，由于施工、周边土体的变异性等因素的存在，需要重视桩基工程的安全性和可靠性。本文以受竖直荷载作用的基桩为例进行了基桩的可靠度分析，主要研究成果与结论如下。
　　1)分别采用解析法（虚土桩法）及数值模拟法对竖直荷载作用下的基桩求解了荷载-沉降曲线（Q-S曲线）。在数值模拟法中，重点研究了数值模型的建立、接触面的建立、加载方式及数值模拟结果的处理等内容。
　　2)视土性参数为随机变量，对竖直荷载作用下的基桩分别基于解析法（虚土桩法）及数值模拟法进行了可靠度分析。可靠度分析方法是基于Hermite随机多项式的响应面法。分析了样本点个数及Hermite随机多项式阶数对拟合精度的影响;桩长、桩径、土层参数变异系数等因素对基桩可靠性的影响;解析法和数值法在基桩可靠性分析过程中的异同点。研究表明:样本点个数、随机多项式阶数对拟合精度的影响很大;桩长、桩径、土层参数变异系数都对基桩可靠度的分析也具有很大的影响;变性参数和强度参数都对基桩的可靠度分析有影响。
　　3)考虑土性参数的空间变异性，视土性参数为相关对数正态分布的随机场，对竖直荷载作用下的基桩进行了可靠度分析。研究了Karhunen-Loeve级数展开法在离散二维及三维随机场问题中的应用，分析了研究区域与截断项数对随机场离散精度的影响，探讨了在Flac3D中如何进行随机场的计算分析，以及考虑随机场的基桩可靠度计算中如何进行非嵌入式计算等问题。研究表明:考虑土性参数空间变异性进行可靠度分析得到的失效概率要小于随机变量法分析得到的结果。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究目的与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 桩基承载力

1．2．2 单桩沉降计算

1．2．3 随机场离散

1．2．4 可靠度计算方法

1．3 论文组织结构

第二章 基桩可靠度分析的基本理论

2．1 可靠度分析的基本概念

2．1．1 功能函数

2．1．2 可靠指标

2．2 可靠度分析的基本方法

2．2．1 一次二阶矩法(MFORM及FORM)

2．2．2 蒙特卡罗模拟法(MCSM)

2．2．3 响应面法(RSM)

2．3 竖向荷载作用下基桩的极限状态

2．4 本章小结

第三章 竖直荷载作用下基桩的荷载-沉降关系

3．1 确定基桩荷载-沉降关系的虚土桩法

3．3．1 虚土桩法的基本概念

3．1．2 虚土桩法公式推导

3．2 确定基桩荷载-沉降关系的数值模拟法

3．2．1 Flac 3D软件简介

3．2．2 Flac 3D中接触面的理论与建立方法

3．2．3 竖直荷载作用下基桩受力过程的数值模拟

3．3 基桩极限承载力的确定

3．4 本章小结

第四章 竖直荷载作用下基桩可靠度分析的随机变量法

4．1 数值模型的建立

4．1．1 模型尺寸

4．1．2 模型边界条件

4．1．3 本构模型的选择

4．2 计算参数

4．3 定值法分析

4．3．1 桩周土的受力过程分析

4．3．2 桩的受力过程分析

4．3．3 桩的荷载-沉降关系

4．4 可靠度分析

4．4．1 响应面函数——Hemiter随机多项式

4．4．2 样本点的产生

4．4．3 响应面的拟合

4．4．4 可靠度计算

4．5 本章小结

第五章 随机变量法可靠度计算影响因素分析

5．1 解析法分析-虚土桩法

5．1．1 对基桩极限承载力的影响

5．1．2 对基桩可靠承载力的影响

5．2 数值法分析

5．2．1 土的变形参数和强度参数

5．2．2 计算条件

5．2．3 响应面的建立

5．2．4 各影响因素对桩基可靠度承载力的影响

5．3 本章小结

第六章 竖直荷载作用下基桩可靠度分析的随机场法

6．1 随机场理论

6．1．1 随机变量和随机过程

6．1．2 随机场相关模型

6．2 随机场的离散方法——Karhunen-Loeve级数展开法

6．2．1 直接Karhunen-Loeve分解

6．2．2 正交级数展开法

6．2．3 多维随机场的离散方法

6．2．4 随机场离散的误差分析

6．3 Flac 3D中随机场参数的写入

6．4 定值法分析

6．4．1 随机场离散结果

6．4．2 桩周土的受力过程分析

6．4．3 桩的受力过程分析

6．4．4 桩的荷载-沉降关系

6．5 可靠度分析

6．5．1 产生样本

6．5．2 可靠度计算

6．6 本章小结

第七章 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文