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多元复合地基设计理论与模型试验研究

王仙芝  
【摘要】: 随着国民经济的发展和基本建设规模的扩大,我国的地基处理技术得到了迅速的发展。复合地基技术是地基处理的一个非常热门的分支,尤其是近十年来工程中出现的多元复合地基技术,其理论远远落后于应用。为了使多元复合地基技术得到更好的推广和应用,对其承载特性及沉降机理进行更深入的研究分析是非常必要的。 本文运用理论分析、室内模型试验、数值模拟等方法对多元复合地基的承载特性及沉降机理进行了较深入的研究,主要内容如下: 总结和分析了多元复合地基在理论分析、室内及现场试验、数值模拟等方面的国内外研究现状。 对多元复合地基的承载力发挥系数进行了研究,推导了多元复合地基承载力发挥系数的解析公式。由于多元复合地基的设计理论和计算方法并不成熟,与承载力有关的承载力发挥系数就无法精确选取。本文从单一桩型复合地基关于桩间土承载力发挥系数与桩土应力比的关系式出发,并在得到多元复合地基桩土应力比的解析解的基础上,推导出多元复合地基次桩和桩间土承载力发挥系数的一般求解法。并通过实例证明了求解方法的可行性。 运用理论分析法对多元复合地基的沉降机理及计算方法做了较深入的探讨。分析了多元复合地基中单桩的荷载传递规律,并在此基础上运用弹性理论法中的荷载传递原理推导出单桩桩顶沉降与单桩所受荷载之间的关系式。考虑垫层与桩土之间的相互作用,以Mylonakis和Gazetas桩—桩相互作用模型为依据,推求出桩—桩和桩—土相互作用的柔度系数,根据弹性叠加原理建立包含桩顶、土顶沉降和其对应荷载的方程。求解该方程可以得出多元复合地基中主桩、次桩对土的桩土应力比和主桩、次桩及土的荷载分担比。 通过改变桩型及其设计参数,对多元复合地基进行了一系列室内模型试验,得到其工作性状:多元复合地基的荷载沉降曲线特征、各种桩和桩间土的应力特点、桩土应力比特点、桩和土的荷载分担比曲线特征。本室内静载荷试验模型虽然不能完全模拟现场多元复合地基的工作性状,但从定性上分析多元复合地基的工作性状是可行的。从试验结果看出,在处理粉细砂类土,钢管桩与砂桩、混凝土桩与石灰桩联合处理的效果较好,且明显优于砂桩处理的效果;而石灰桩与砂桩联合处理效果与砂桩处理的效果相比不明显。 通过ANSYS建立的多元复合地基非线性有限元模型,模拟了多元复合地基在均质地基和双层地基情况下的静载荷试验,并对计算结果进行分析,获得设计参数变化对多元复合地基承载力特征值、桩土应力比及承载力发挥系数的影响规律。 通过解析解、室内模型试验结果、数值分析、现场测试结果结合工程实践进行综合分析,进一步完善了多元复合地基的设计理论。 最后,对本文作了总结,并就进一步研究的方向提出了建议。


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