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多元复合地基工作机理及优化设计研究

尚新生  
【摘要】:复合地基在我国土木工程和水利工程中得到了广泛应用,并已建立起一套比较完整的理论体系。在满足安全性条件下,为了寻求更大的经济性,多元复合地基应运而生,并已在不少工程实践中得到应用。但其理论的发展远远落后于实践。为了研究多元复合地基的承载及沉降特性,进一步完善多元复合地基的理论体系,本文主要进行了以下几方面工作: 1) 总结和分析了现有的多元复合地基的理论及设计计算方法。 2) 推导出了基于桩土相互作用原理计算多元复合地基的复合模量的解析公式。进行多元复合地基的优化设计的前提是充分了解其承载和沉降特性。复合模量作为确定沉降的关键指标,对它的研究具有重要意义。文中基于桩土相互作用原理,考虑桩体受荷时发生侧向变形,利用复合体总势能与桩和桩间土势能之和相等的原理,研究了桩一土协调变形情况下的复合模量的确定方法。通过工程实例进行了验证分析。 3) 研究了多元复合地基桩土应力比随荷载的变化规律,给出了桩土应力比随荷载变化的解析表达式。具体分析了两种桩的桩土应力比的三种组合变化:①桩土应力比均随荷载增加而增加;②桩土应力比均随荷载增加而减少;③一种桩的桩土应力比随荷载增加而增加,另一种则减少。 4) 研究了多元复合地基承载力修正系数问题。在考虑桩间土密度、含水量、凝聚力和摩擦角变化的基础上,采用后修正方法,对多元复合地基承载力进行了修正。通过工程实例进行了验证分析。 5) 系统计算了多元复合地基的三种组合:柔性桩—刚性桩、散体桩—柔性桩组合、散体桩—刚性桩组合多元复合地基,得到了每一种组合下地层条件分别为均质地 西安理工大学博士学位论文 口绝典口巴口巴里里粤.曰目县国曰目目砚,日.皿巴曰毕目 基、双层地基(上软下硬)、双层地基(上硬卜软)的应力场、位移场、孔压场变化 规律。重点研究了不同组合、地基条件下,桩体位移、应力、复合地基沉降、孔压、 桩土应力比。 6)研究了多元复合地基固结问题。本文在假定散体桩底以上为径向、竖向渗流固 结组合,散体桩底以下为竖向渗流固结的基础上,考虑散体桩的涂抹作用及非散体桩对 下卧层渗流的减弱作用,研究了具有多元复合地基固结特征的散体桩一柔性桩组合、散 体桩一刚性桩组合多元复合地基的固结理论解。这对于实际工程中常遇到的由于软弱土 层较厚而散体桩未能打穿或由于_〔程需要而不需要打穿软土层的情况,研究和发展未打 穿多元复合地基固结理论,具有重要的理论和实际意义。 7)系统分析了多元复合地基的作用。根据数值计算分析,认为多元复合地基具 有以下作用:①护桩作用:②垫层作用;③加速固结作用;④整体作用:⑤应力均衡 作用;⑥地层适应作用。 8)研究了多元复合地基的工作机理,给出了多元复合地基的优化设计方法。通 过工程实例验证了文中分析结果。 9)针对本文提出的复合模量的确定、桩土应力比的确定、固结度的计算解析方法, 同时采用数值方法进行了对比分析,其结果表明本文提出的复合模量的确定、桩土应 力比的确定、固结度的计算解析方法是可行的。 关键词:多元复合地基复合模量桩土应力比承载力修正护桩作用机理 优化设计


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