桩—土—承台非线性共同作用模型试验与数值分析

【摘要】：随着桩筏基础在土木工程中应用的普及,桩-土-承台相互作用已取得了大量的研究成果,但目前考虑共同作用的桩筏基础设计理论和设计方法大部分仍然建立在弹性分析基础之上,共同作用分析结果不符合实际情况,解决该问题的关键在于分析中必须引入与地基和桩基实际工作状态相符的非线性工作性状。 基于目前对桩-土-承台非线性共同作用认识和现场测试的局限,本课题借助于室内模型试验和数值模拟对桩-土-承台非线性共同作用的工作性状展开研究,得到了一些有益的结论,主要研究内容如下: 1. 通过桩-土-承台共同作用模型试验的设计,对承台、单桩和台单桩在荷载作用下的非线性工作性状进行了研究,得到非线性工作条件下的P-S 曲线以及桩侧摩阻力、桩端阻力和基底反力等分布规律。在此基础上,进一步开展了常规桩距和大桩距条件下,桩、土的受力机理和非线性共同作用随荷载变化规律,加深了对桩-土-承台非线性共同作用机理的认识。试验结果表明群桩破坏时平均基底反力大于带台单桩的平均基底反力,为桩的遮拦作用对承台下土体极限承载力提高值的理论分析结果提供了实验依据。 2. 利用三维有限元对模型试验进行了数值模拟。在根据模型试验结果反分析求得合理的计算参数基础上,对相关模型试验进行了进一步的模拟分析,计算结果表明,数值分析结果与试验结果在规律上有良好的一致性,表明了在合理选取土体本构模型和计算参数的条件下,三维有限元能有效地用于桩-土-承台非线性共同作用分析。由数值模拟得到的大桩距条件下桩间土的变形和竖向应力分布规律,印证了复合桩基沉降计算中必须考虑桩间土变形的假设。承台下土体位移场的分布规律揭示了桩的遮拦作用使得土体绕桩流动的事实,说明了承台下土体有克服桩壁绕流阻力而发生侧向挤出破坏的可能性存在,对复合桩基破坏模式的研究具有积极的指导意义。 3. 就已有文献资料,未见有采用模型试验结合三非数值模拟对桩-土-承台非线性共同作用进行全面研究的类似报道。由模型试验得到的桩的遮拦作用对承台下土体极限承载力提高和数值模拟得到的土体绕桩流动等成果,不仅验证了