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《浙江大学》 2003年
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群桩基础在饱和软土地基中的工作性状研究

程泽海  
【摘要】: 饱和软土地基中群桩基础工作性状的研究一直是岩土工程中的一个重要课题,本文对存在较厚软弱下卧层的桩土筏结构体系,考虑桩端下卧层土体的固结对桩筏基础工作性状的影响,研究揭示了基础内力、变形和桩顶反力随时间的变化规律。 确定群桩中的单桩刚度是桩基分析中的关键。桩土筏结构体系在竖向荷载作用下,其桩顶沉降主要是由桩身压缩和桩端沉降组成,而桩端沉降是由桩端下卧层的固结产生,因此,群桩中单桩的刚度随桩端下卧层的固结而变化。为简化分析,本文将桩身范围内的土体看作一渗流场,不考虑桩间土的固结,将桩间土层作为桩端下卧层的半透水边界,桩端下卧层的固结沉降计算采用半透水边界三维固结问题的解,从而确定群桩中的单桩刚度随时间的变化。为此,本文采用Laplace和Hankel变换技术推导出半透水边界半空间地基和有限层地基分别在点荷载、环形荷载、圆形均布和条形分布荷载作用下的固结解,其他分布荷载形式的解也可通过对点解的积分求得。 为了揭示桩-土-筏体系在竖向荷载作用下的应力场和渗流场,验证应用半透水边界固结解计算桩端下卧层沉降的可靠性。首先,采用有限元法分析了饱和软土中垂直受荷单桩的承载力与变形特性。考虑土的固结影响,了解单桩在竖向荷载作用下桩顶沉降、桩身轴力和桩侧摩阻力随时间的变化规律以及桩侧土体中初始超静孔压分布。结果表明,在不考虑土的剪胀性条件下,单桩的沉降主要是瞬时沉降,土体固结的影响很小,桩顶荷载主要以剪应力形式传递到桩侧土体中。其次,对桩-土-筏结构体系采用简化的平面应变有限元进行分析,了解筏板内力和变形以及桩顶反力随时间的变化规律。研究了地基中的初始超静孔压的分布和孔压消散规律。结果表明,桩端下土体为二维渗流,而桩长范围内土体可近似为一维竖向渗流。最后,将半透水边界有限层地基平面应变问题的解与有限元结果进行比较,发现桩端下卧层的初始超静孔压分布基本一致,满足地基中的应力场和渗流场相似条件,说明应用半透水边界的固结解计算桩 端下卧层的沉降是合理的。 通过近似模拟桩土筏体系在竖向荷载作用下的应力场和渗流场,建立了桩 端下卧层固结沉降计算模型,应用半透水边界地基固结解,得到桩端下卧层任 意时刻有效应力和总应力计算公式,按分层总和法计算桩端下卧层固结沉降, 进而确定任一时刻群桩中的单桩刚度。然后,将其凝聚至筏板底边界。最后, 对筏板进行有限元分析。研制与开发了相应的桩一土(Biot介质)一筏共同作用 分析软件(POGAP分析软件),可以分析筏板内力、筏板挠度和桩顶反力随时 间的变化规律。将该分析方法应用于两个工程实例,分析表明本文的分析方法 有,定的实用价值。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:TU473.1

【引证文献】
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