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《同济大学》 2007年
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砂土中桩基础沉降机理宏细观研究

张昭  
【摘要】: 桩基础的沉降计算问题是目前岩土工程研究的热点问题之一,特别是桩-土—台共同分但上部荷载的问题,是国内外土木工程界十分关切而又非常复杂的问题。在以沉降为控制的桩基设计理念日益为学术界及工程界所接受的背景下,明确桩土界面处的荷载传递机理以及桩端阻力随桩端刺入变形发挥的规律,合理计算桩基础的沉降,是优化沉降控制桩基设计理论中一个迫切需要解决的关键问题。本文围绕这一课题,采用宏、细观相结合的方法对砂土中单桩和群桩的沉降机理以及荷载分布特性做了系统的研究,研究内容和成果如下: (1)提出一种基于板壳理论的桩基础试验方法,通过在钢管桩内壁贴设应变片,并经过一套成熟的数值分析方法来反算钢管桩在压入、静载过程中的摩阻力、端阻力以及侧压力的变化情况,该方法在郑州某工地上应用成功。将该试验方法应用于室内细观模型试验,对不同密实度砂土中的单桩和群桩进行模型试验。试验中利用显微数码摄像可视化跟踪技术与数值图像变形量测设备采集宏细观图像数据,对沉桩及静载过程中的土体位移场、应力场等宏观表现进行了分析。 (2)建立单桩和群桩的颗粒流细观分析模型,主要分析单桩在压入、静载过程中摩阻力、端阻力以及桩周土位移场的细观变化情况;对于群桩则主要从细观角度分析由于桩间距以及承台刚度的改变对群桩工作性状的影响。 (3)通过室内试验和颗粒流模拟结果以及前人的研究成果,总结了砂土中单桩的沉降模式,提出了一种可以考虑砂土状态的单桩非线性传递函数,该传递函数考虑了桩周土的近场和远场效应,可以用来分析不同密实度的砂土与桩的相互作用关系,并且使用室内试验和颗粒流模拟结果对该方法进行了验证。 (4)使用所建立的传递函数,建立单桩的刚度矩阵,用来对砂土中的单桩进行非线性分析,研究了砂土中单桩的沉降规律、荷载分布情况以及不同的密实度对单桩工作性状的影响,并为以后的群桩分析作准备。 (5)在单桩分析的基础上建立群桩的刚度矩阵,然后建立土单元、板单元的刚度矩阵,最后形成桩—土—台整体刚度矩阵,最后由静力平衡条件求解群桩沉降及承台反力。 (6)利用国内外发表的群桩试验结果和室内模型试验对所建立的群桩计算方法进行了验证,在此基础上分析了群桩的沉降机理,并比较了群桩沉降与单桩沉降的异同,最后分析了由于桩间距、桩的长径比、承台刚度等因素的改变对群桩工作性状的影响。
【学位授予单位】:同济大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TU473.1

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