小直径CFG桩复合地基力学性能的有限元分析

摘要

随着土木工程建设的发展，高层建筑的基础随着上部结构高度的不断增加，具有重要的研究意义。小直径CFG桩复合地基的研究是诸多基础研究的重要内容之一，首先利用CFG桩复合地基理论设计方法以及实际工程的计算数据，设计并验证实际工程基础设计的合理性。　　本文在介绍现有的理论研究部分时，说明了褥垫层的设置，以及对复合地基置换率、桩土应力比、桩土荷载分担比的概念进行定义。其次，土的力学性能方面主要介绍了地基极限承载力的计算方法，采用朗肯理论公式；土的沉降计算方法主要介绍了初始沉降计算公式。桩的力学性能方面包括：桩基础中单桩极限侧摩阻力的计算和极限端阻力的计算方法，为计算分析群桩复合地基中桩的极限承载力计算提供依据。最后还介绍群桩的破坏模式，以及确定两种受力桩的极限荷载的不同方法。　　依据前人对CFG桩复合地基研究的成果，建立有限元数值计算模型，结果表明：（1）通过分析不同褥垫层厚度下桩土应力比和桩土变形数据，得出结论：褥垫层厚度为250mm时，其调整桩土荷载分担比的作用最好；褥垫层作用与其厚度不成正比，实际设计中存在合理的褥垫层厚度。（2）通过分析桩土变形数据，得出结论：数值计算的基础底面沉降值与根据规范计算的沉降值相近，说明该模型的数值计算模拟的合理性；基础中间桩体分担上部荷载的能力强，基础边部土体分担上部荷载的能力比中间土体大。（3）分析桩身压胀区随加载时间变化的形成过程可知，CFG桩通过桩身侧摩阻力作用承担上部荷载，在压胀区范围内侧摩阻力作用明显，超过该范围则作用很小。（4）边载作用下的数值分析结果表明：边载作用可以提高复合地基的承载力值，相同荷载作用下，有边载时沉降值相对大，但影响较小；边载压缩基础外围的土体，使桩的沉降值较无边载条件下的大；边载作用对桩间土的承载力有提高作用，沉降相对于无边载条件时变化不大。（5）在桩周土承载力特征值范围内和复合地基沉降控制下，复合地基承载力极值约为1200kPa，说明该实际工程可在原设计基础上进行优化设计。（6）提出两种优化设计方案：减小桩长与增大桩间距；数值分析结果表明：在600kPa上部荷载作用下，增大桩间距的方法更安全可靠；减小桩长的方法数值计算的沉降值比增大桩间距的沉降值大，在要求较小沉降值的条件下，选用增大桩间距的方法更合理。　　通过有限元模拟小直径CFG桩复合地基极限承载力状态下力学性能的发挥机理，提出优化设计思路。在优化设计数值分析部分，证实了增大桩间距的优化设计方法的可行性，为提高工程的经济效益有着重要的实际意义。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 论文的意义

1.2 CFG桩复合地基技术的研究现状及发展

1.3 研究目的、内容、创新点及研究技术线路

第二章 工程概况及CFG桩复合地基的设计

2.1 工程概况

2.2 CFG桩复合地基的设计计算

第三章 小直径CFG桩复合地基力学性能的理论研究

3.1 CFG桩复合地基褥垫层的作用

3.2 土的力学性能的理论研究

3.3 CFG桩的力学性能的理论研究

3.4 群桩与土和承台结构非线性共同作用的分析方法

第四章 ABAQUS有限元分析软件及单元选择

4.1 ABAQUS有限元软件的发展

4.2 模型建立中使用的单元

4.3 模型建立中使用的本构模型

4.4 有限元单元模型的选择

第五章 CFG桩复合地基数值计算模型的建立及力学性能的有限元分析

5.1 数值计算模型的建立

5.2 有限元计算结果分析

5.3 边载对CFG桩复合地基承载特性的影响

5.4 土的承载力特征值和沉降控制下CFG桩复合地基承载力分析

5.5 优化设计分析

第六章 结论展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果