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桩—土共同作用的现场测试及灰色理论分析

刘玉成  
【摘要】:桩-箱(筏)基础桩—土共同作用主要研究的是桩间土对上部结构荷载的分担以及全过程沉降等问题。由于以前计算手段的限制,在设计桩-箱基础和确定桩数时,不考虑地基土对上部结构荷载的分担作用,用常规的基础设计方法(不考基底土的分担作用)来设计基础结构和确定桩数。显然,这种设计方法与基础和地基是一个整体的事实不符。与上部结构相比,基础处于岩土介质中并与岩土介质产生复杂的受力作用,再加上岩土体本身的离散性、非均质性、非连续性和非线性等特点,致使基础在施工、使用阶段表现出相当独特和复杂的力学特性,其变形规律和受力特性很难通过纯理论的方法解答出与工程实际相符合的结果。借助于计算机进行数值分析在介质力学模型的建立、材料参数的确定等方面还存在相当大的困难。随着现代测试技术的发展,适用于岩土体的各种应力和应变传感元件和现场测试设备不断产生,这为各种现场原位测试和监测提供了可能。在工程施工过程中的同步监测及各种原位测试比单纯的室内试验和理论分析更能可靠地论证高层建筑地基与基础的共同作用。根据灰色理论的基本理念,高层建筑桩-土共同作用体系可看成是一个灰色系统。因此,可利用有限的观测和原位测试的数据进行灰色建模和灰色关联分析来论证桩-土共同作用。 研究高层建筑桩—箱(筏)基础与地基土的共同作用,首先要研究地基土及单桩的承载特性和变形性状。典型的地基土竖向平板载荷试验的P-S 曲线具有指数函数规律。由灰色系统理论可知,灰色GM(1,1)模型对模拟这种呈指数函数发展的曲线有很好的适用性,而且建模方法简单,模拟的准确度高。因此,在取得少数试验数据的情况下,本文根据灰色理论建立了地基土竖向平板载荷试验P-S 曲线的灰色GM(1,1)模型。此种模型经重庆某高层建筑箱基底板土的平板载荷试验中的应用发现能准确模拟地基土平板载荷试验的P-S曲线和预测地基土的极限承载力。单桩竖向静载试验的荷载与沉降的曲线即Q-S 曲线,一般情况下同样具有指数函数的特点和形状。因此,单桩静载试验Q-S 曲线也可用灰色理论少数据建模法建立灰色GM(1,1)模型进行模拟,单桩的极限承载力也可用此模型进行预测。运用重庆某高层建筑灌注桩的有限的竖向静载试验数据建立的灰色GM(1,1)模型比其他模型如双曲线模型模拟和预测承载力的精确度高。 分析高层建筑累计沉降观测量与时间的关系曲线发现,此曲线与verhulst 生物增长曲线相似。根据灰色理论,沉降观测得到的累计沉降量序列是在时间上连续非等间距的灰色数列。因此,高层建筑沉降过程可用灰色理论的相关建模方法建立非等间距的灰色verhulstGM(1,1)模型来模拟。此模型可对累计沉降量不经


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