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《山东科技大学》 2010年
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变刚度复合地基变形控制设计理论研究

茅晓辉  
【摘要】:复合地基的受力机理复杂,影响地基变形的因素很多,诸如天然地基物理特性、桩身强度、桩间距、桩长、桩身尺寸、上部结构刚度等都会对复合地基的变形产生影响。针对这些问题,综合运用理论分析、数值模拟等方法,对不布桩模式下的地基变形情况进行了系统研究,对各种因素影响规律进行了分析。在此基础上,给出了控制复合地基变形的优化设计方法,最后通过工程实践证明该方法适用、经济,满足工程精度要求。 对地基单一受力区域三维分层中的桩基础,运用分层材料介质的广义Kelvin基本解的边界元法,就单桩位移和群桩共同作用进行了理论分析,并建立了分层地基中桩基础边值问题的边界积分方程;对地基相邻受力区域按照刚性基础分析,假定被影响刚性基础的基底与地基紧密接触,将接触面划分为n个矩形网格,在上部荷载与相邻区域基础荷载影响下,考虑基础埋深和建筑物高度对倾斜的影响,建立了刚性基础地基反力和整体倾斜基本方程,应用迭代法对相邻区域共同作用进行分析。 本文采用FLAC3D有限差分程序,考虑桩身长L、桩直径D、桩间距S、上部刚度K、复合地基的置换率m等影响因素,对应不同布桩模式建立了8组共39个数值模型,分别就均布荷载和非均布荷载两种受力模式下的地基变形特征展开系统数值模拟研究,并对各种影响要素进行理论分析。数值模拟研究结果表明: (1)水平方向变形特征:①桩顶位置在所有变刚度模式下的各关键竖向变形均符合指数衰减特征,最大变形值位于荷载形心,最小值则位于基础端角,其次是板边。水平方向变形等值线均呈现同心圆形状,与基础形状及加载区域形状关系不密切。②桩底位置由于剪切位移的连续性,表现出较好的自适应调节能力,在所有变刚度模式中未出现变形突变,桩底变形情况受桩长影响最大,桩距、桩径对变形无影响,随土层深度增加,变形逐步过渡为平滑的碗形。 (2)竖向变形特征:①桩顶位置变形表现为“同心圆柱”,而且这种情况会一直持续到约桩长一半。②桩底位置由于不存在上部刚度约束,其变形情况与平面、竖向布桩形式有关。 (3)应力分布特征:①复合地基4个端角桩顶位置的主应力、竖向反力呈现高度应力集中,使得该范围复合地基进入承载力极限状态,但是变形受邻域影响仍会继续发展,变刚度模式对该范围调节能力有限。次一级应力集中现象出现板边中部,形成一个环绕基础的应力带;地基内部应力水平受地基竖向刚度变化影响较大,表现为随刚度加强而聚集;变桩长模式对调整应力分布最为有效的,变桩径、变桩距模式影响不大;②桩底位置应力特征表现为桩身将竖向荷载传递至土层深部,竖向应力水平在桩端位置有所提高。 (4)变桩长对地基变形调节能力最强。随着荷载形心区域桩长的增加,边缘区域和角点区域地基变形量都会明显减小;边缘区域和角点区域桩长增加同样会减小中心区域的地基变形量,且各个关键点的变形总量与复合地基的整体桩身体积置换率成线性反比关系。 (5)最佳控制地基变形的布桩模式为:在均布荷载计算模式下,中区、边区、角区的桩长(其他设计参数一致)满足5:4:3规律;在非均布荷载作用下的中区、边区、角区的理想桩长则是5:4:3乘以各自区域的荷载大小比例系数。 (6)桩径、桩距的调整导致复合地基应力水平的变化异常复杂;无论改变桩径、桩距对基础局部倾斜没有影响;变桩径模式提高了局部地基刚度,竖向反力向刚度较大区域聚集,桩土共同作用减弱,局部地基变形量反而有增大趋势。 在此基础之上以先“放”后“抗”为原则,本文给出了系统的变刚度复合地基设计解决方案。简单的归纳为:中、边、角;5:4:3;内强外弱;共同作用;整体考虑;相邻兼顾;反复迭代。 本文得到的一些规律性的结论和设计理念,在满足整体承载力前提下,对复合地基的变形控制、最小化变形差,降低基础和上部结构次应力,提高建筑物耐久性和使用寿命及开拓岩士工程设计思路等方面具有重要指导意义。
【学位授予单位】:山东科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TU473.1

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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 孙家乐,刘之珩,张镭;从上部结构与地基基础相互作用研讨基础内力的计算方法[J];北京工业大学学报;1984年01期
2 沈伟跃;赵饧宏;;有限元-无限元耦合单桩弹性分析法[J];工程力学;1990年03期
3 钱玉林;水泥加固土复合模量的研究[J];工业建筑;2001年02期
4 陈龙珠,梁发云,丁屹;变刚度复合地基处理的有限元分析[J];工业建筑;2003年11期
5 郑俊杰,袁内镇;石灰桩-粉煤灰桩在深厚软土地基中的应用[J];建筑结构;1997年04期
6 王卫东;申兆武;吴江斌;;桩土-基础底板-上部结构协同的实用分析方法与应用[J];建筑结构;2007年05期
7 杨永新;;变刚度复合地基桩土荷载分担比研究[J];建筑结构;2007年11期
8 刘润,闫澍旺;带褥垫层减沉桩作用机理及现场实验研究[J];建筑结构学报;2000年04期
9 陈龙珠,梁发云,严平,石旭光;带褥垫层刚-柔性桩复合地基工程性状的试验研究[J];建筑结构学报;2004年03期
10 周德泉,刘宏利,张可能;三元和四元复合地基工程特性的对比试验研究[J];建筑结构学报;2004年05期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 何思明;攀枝花地区锚杆的工作机理[J];四川建筑科学研究;1997年02期
2 刘兴远,郑颖人,林文修;桩轴向荷载作用下工作特性的完整解析分析[J];四川建筑科学研究;1998年04期
3 胡德贵,罗书学,赵善锐;竖向荷载作用下群桩沉降的一种实用计算方法[J];四川建筑科学研究;2001年02期
4 谢涛,袁文忠,蒋泽中,帖卉霞;嵌岩抗拔桩抗拔承载力试验研究[J];四川建筑科学研究;2002年04期
5 陈茂林,王月香;复合桩基侧阻端阻力群桩效应及其综合效率系数的有限元分析[J];四川建筑科学研究;2003年01期
6 蒋泽中,谢涛;超大群桩基桩竖向承载力试验研究[J];四川建筑科学研究;2003年01期
7 周定松,王莺歌,张保印;考虑筒体结构刚度影响的筏板内力与变形研究[J];四川建筑科学研究;2003年02期
8 陈建峰,秦建庆,石振明,沈明荣;砂井地基沉降的二维有限元分析(二)——修正剑桥渗流耦合模型有限元及实例计算[J];四川建筑科学研究;2003年04期
9 卢家森,黄松梅;水平荷载下桩筏基础与地基共同作用分析[J];四川建筑科学研究;2004年02期
10 富海鹰,冯君,李友明;超大型运梁设备对预制场地基基础影响分析[J];四川建筑科学研究;2005年03期
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 宫全美;基于Mindlin位移解的群桩沉降计算[J];地下空间;2001年03期
2 王凤池,朱浮声,王晓初;复合地基复合模量的理论修正[J];东北大学学报;2003年05期
3 郭宏磊,蒋永生,丁大钧;桩筏筏板设计方法的商讨[J];东南大学学报;1996年06期
4 刘前曦,侯学渊,章旭昌;软土地基单桩荷载传递及沉降研究[J];地下工程与隧道;1995年03期
5 金亚兵;;弹性理论在群桩优化设计中的应用研究[J];工程勘察;1993年02期
6 韩杰;叶书麟;;复合地基应力特性分析[J];工程勘察;1993年05期
7 顾宝和,周红,朱小林;深层平板静力载荷试验测定土的变形模量[J];工程勘察;2000年04期
8 陈磊,闫明礼;组合桩复合地基在工程中的应用[J];工程勘察;1999年01期
9 严更;;边界点元及其应用[J];工程力学;1991年01期
10 曲圣年;组合结构有限元分析的罚单元法[J];固体力学学报;1982年04期
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中国期刊全文数据库 前10条
1 曹建广;;刚性桩复合地基在复杂土层中的应用[J];土工基础;2010年02期
2 宋小娟;张荫;;基于ABAQUS的变刚度布桩复合地基沉降性状研究[J];工程建设与设计;2010年06期
3 乔京生;曹志强;王琳;邓永红;黄浩;;复合地基力学性状分析及变刚度可行性研究[J];四川建筑科学研究;2007年02期
4 宋小娟;张荫;;变刚度布桩复合地基变形特性有限元分析[J];工程建设;2010年04期
5 王伟;王士杰;朱常志;张毅;;复合地基变刚度调平设计研究[J];四川建筑科学研究;2010年03期
6 李大营;双层振冲复合地基变形参数椎算方法探讨[J];电力勘测;1994年01期
7 韩思珍,刘三仓;对灰土挤密桩复合地基桩土应力比及复合地基承载力计算的探讨[J];水文地质工程地质;1994年06期
8 刘和元,刘松玉;超长水泥土搅拌桩复合地基性状研究[J];东南大学学报(自然科学版);1999年02期
9 胡建华;粉喷桩加固软土地基的工程实例与分析[J];青岛建筑工程学院学报;1999年02期
10 李飞;赵永东;;粉喷桩复合地基在建筑工程中的应用探讨[J];盐城工学院学报(自然科学版);1999年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 蒋军;朱向荣;潘秋元;;砂性地基中挤密砂石桩加固效果影响因素分析与设计[A];岩土力学的理论与实践——第三届全国青年岩土力学与工程会议论文集[C];1998年
2 陈龙珠;梁发云;黄大治;王国才;;长-短桩复合地基在高层建筑中的应用研究[A];中国土木工程学会第九届土力学及岩土工程学术会议论文集(下册)[C];2003年
3 阎群英;;压灌桩复合地基技术探讨[A];天津华北地质勘查局科技论文集[C];2004年
4 牛建东;徐林荣;匡乐红;吕大伟;;高速铁路软基路堤桩-网复合地基试验分析[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(上)[C];2005年
5 谢定义;张爱军;;复合地基承载特性的计算机模拟分析[A];中国土木工程学会第七届土力学及基础工程学术会议论文集[C];1994年
6 折学森;聂森堂;;关于路堤下桩土复合地基沉降计算的探讨[A];中国土木工程学会第七届年会暨茅以升诞辰100周年纪念会论文集[C];1995年
7 李永刚;李宁;;中心布桩复合地基优化设计的数值分析[A];中国土木工程学会第九届土力学及岩土工程学术会议论文集(下册)[C];2003年
8 殷永高;孙江;;干振复合桩复合地基的研究[A];第一届全国公路科技创新高层论坛论文集新技术新材料与新设备卷[C];2002年
9 姜忻良;郑刚;张新旺;;各向异性模拟的复合地基分析方法[A];第六届全国结构工程学术会议论文集(第三卷)[C];1997年
10 吴兆江;;某商住楼地基基础处理[A];计算机在土木工程中的应用——第十届全国工程设计计算机应用学术会议论文集[C];2000年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 陈园园;河南加强高层建筑复合地基审查[N];中国建设报;2008年
2 本报驻江西记者 王纪洪 通讯员 万建德;从原始到现代的升华[N];中华建筑报;2006年
3 本报记者 马琳;载体桩设计新规程修订六大内容[N];中国房地产报;2007年
4 ;“拔尖”起于平实[N];中国铁道建筑报;2000年
5 本报记者 陈渌 焦明忠;用心血和汗水写下的答卷[N];黑龙江日报;2011年
6 本报记者 刘如春 本报特约记者 汤璇 胡红拴;城市越发展,越需要地质工作支撑[N];地质勘查导报;2007年
7 阳泉市建筑设计院 郭锐;软弱土地基的处理[N];山西科技报;2003年
8 陈彬;干性碎石桩在处理湿陷性黄土路基滑坡中的应用[N];建筑时报;2006年
9 江苏省阜宁县房地产开发总公司 管帮彦;建筑工程中搅拌桩加固软土地基的优劣分析[N];中华建筑报;2001年
10 江苏省阜宁县房地产开发总公司 管帮彦;建筑工程中搅拌桩加固软土地基的优劣分析[N];中华建筑报;2002年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 茅晓辉;变刚度复合地基变形控制设计理论研究[D];山东科技大学;2010年
2 魏芸;强夯碎石墩复合地基承载机理及固结研究[D];天津大学;2009年
3 石少敏;大连龙畔金泉振冲桩复合地基压缩模量计算方法研究[D];吉林大学;2011年
4 段园煜;土工袋装桩桩型复合地基受力变形特性研究[D];浙江大学;2012年
5 周志军;路堤下复合地基承载机理与数值模拟研究[D];湖南大学;2010年
6 王宏贵;长板—短桩复合地基加固机理与工程应用研究[D];中南大学;2011年
7 宋春雨;复合地基动力特性及其应用研究[D];上海交通大学;2010年
8 孙训海;基础刚度、褥垫厚度对刚性桩复合地基桩土承载性状的影响[D];中国建筑科学研究院;2010年
9 肖成安;岩溶地区地基处理关键技术研究[D];华南理工大学;2013年
10 徐洋;复合地基固结与变形的计算理论及数值分析[D];浙江大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 金忠良;柱锤冲扩桩法复合地基承载性能研究[D];中国石油大学;2010年
2 彭涛;高速铁路桩—筏(网)复合地基荷载分担现场测试与分析[D];中南大学;2010年
3 高玉杰;复合地基作用机理的试验研究[D];长安大学;2000年
4 陈名昭;复合地基三维弹性性状分析[D];合肥工业大学;2002年
5 冯伟强;公路筒桩复合地基数值研究[D];浙江大学;2011年
6 史富民;橡胶水泥土桩复合地基竖向荷载试验研究研究[D];沈阳建筑大学;2011年
7 杨丽珍;软土地区高速公路扩建工程复合地基差异沉降数值模拟[D];华南理工大学;2010年
8 曾远;高速公路软基增强的Biot固结理论与复合地基非线性有限元分析[D];福州大学;2003年
9 陈志芳;高速公路PTC疏桩复合地基试验研究和优化设计方法[D];河海大学;2005年
10 王洪发;桩—网复合地基变形性状和桩土应力比研究[D];河北农业大学;2010年
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