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群桩基础在饱和软土地基中的工作性状研究

作　者: 程泽海
导　师: 陈云敏
学　校: 浙江大学
专　业: 岩土工程
关键词: 群桩基础固结共同作用积分变换
分类号: TU473.1
类　型: 博士论文
年　份: 2003年
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引　用: 12次
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内容摘要

饱和软土地基中群桩基础工作性状的研究一直是岩土工程中的一个重要课题，本文对存在较厚软弱下卧层的桩土筏结构体系，考虑桩端下卧层土体的固结对桩筏基础工作性状的影响，研究揭示了基础内力、变形和桩顶反力随时间的变化规律。确定群桩中的单桩刚度是桩基分析中的关键。桩土筏结构体系在竖向荷载作用下，其桩顶沉降主要是由桩身压缩和桩端沉降组成，而桩端沉降是由桩端下卧层的固结产生，因此，群桩中单桩的刚度随桩端下卧层的固结而变化。为简化分析，本文将桩身范围内的土体看作一渗流场，不考虑桩间土的固结，将桩间土层作为桩端下卧层的半透水边界，桩端下卧层的固结沉降计算采用半透水边界三维固结问题的解，从而确定群桩中的单桩刚度随时间的变化。为此，本文采用Laplace和Hankel变换技术推导出半透水边界半空间地基和有限层地基分别在点荷载、环形荷载、圆形均布和条形分布荷载作用下的固结解，其他分布荷载形式的解也可通过对点解的积分求得。为了揭示桩-土-筏体系在竖向荷载作用下的应力场和渗流场，验证应用半透水边界固结解计算桩端下卧层沉降的可靠性。首先，采用有限元法分析了饱和软土中垂直受荷单桩的承载力与变形特性。考虑土的固结影响，了解单桩在竖向荷载作用下桩顶沉降、桩身轴力和桩侧摩阻力随时间的变化规律以及桩侧土体中初始超静孔压分布。结果表明，在不考虑土的剪胀性条件下，单桩的沉降主要是瞬时沉降，土体固结的影响很小，桩顶荷载主要以剪应力形式传递到桩侧土体中。其次，对桩-土-筏结构体系采用简化的平面应变有限元进行分析，了解筏板内力和变形以及桩顶反力随时间的变化规律。研究了地基中的初始超静孔压的分布和孔压消散规律。结果表明，桩端下土体为二维渗流，而桩长范围内土体可近似为一维竖向渗流。最后，将半透水边界有限层地基平面应变问题的解与有限元结果进行比较，发现桩端下卧层的初始超静孔压分布基本一致，满足地基中的应力场和渗流场相似条件，说明应用半透水边界的固结解计算桩端下卧层的沉降是合理的。通过近似模拟桩土筏体系在竖向荷载作用下的应力场和渗流场，建立了桩端下卧层固结沉降计算模型，应用半透水边界地基固结解，得到桩端下卧层任意时刻有效应力和总应力计算公式，按分层总和法计算桩端下卧层固结沉降，进而确定任一时刻群桩中的单桩刚度。然后，将其凝聚至筏板底边界。最后，对筏板进行有限元分析。研制与开发了相应的桩一土(Biot介质)一筏共同作用分析软件(POGAP分析软件)，可以分析筏板内力、筏板挠度和桩顶反力随时间的变化规律。将该分析方法应用于两个工程实例，分析表明本文的分析方法有，定的实用价值。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-23
  1.1 研究背景  11-12
  1.2 单桩与土的共同作用研究现状  12-14
  1.3 群桩与土的共同作用研究现状  14-16
  1.4 桩-土-筏共同作用研究现状  16-21
  1.5 研究思路与研究内容  21-23
第二章半透水边界三维固结问题的解  23-48
  2.1 概述  23
  2.2 控制方程与通解  23-26
  2.3 半透水边界半空间地基固结解  26-39
    2.3.1 点荷载作用下的基本解  26-27
    2.3.2 环形荷载作用下的解  27-28
    2.3.3 圆形荷载作用下的解  28-29
    2.3.4 条形荷载作用下的解  29-30
    2.3.5 数值算例与分析  30-39
  2.4 半透水边界有限层地基固结解  39-46
    2.4.1 点荷载作用下的基本解  39-41
    2.4.2 环形荷载作用下的解  41-42
    2.4.3 圆形荷载作用下的解  42-43
    2.4.4 条形荷载作用下的解  43
    2.4.5 数值算例与分析  43-46
  2.5 本章小结  46-48
第三章单桩的固结分析  48-63
  3.1 概述  48-49
  3.2 单桩静载荷试验加载方式  49-50
  3.3 单桩的固结时间效应  50-57
    3.3.1 单桩固结有限元模型  50-51
    3.3.2 计算与分析  51-57
  3.4 工程实例分析  57-61
    3.4.1 工程概况  57-58
    3.4.2 实测数据与Q-S曲线  58-61
    3.4.3 结果分析  61
  3.5 本章小结  61-63
笫四章桩-土-筏体系时间效应的平面应变解  63-76
  4.1 概述  63
  4.2 线弹性平面应变有限元模型  63-64
  4.3 计算与分析  64-73
    4.3.1 沉降时间效应  65-66
    4.3.2 筏板弯矩时间效应  66
    4.3.3 桩顶反力时间效应  66-67
    4.3.4 下卧层的影响  67-69
    4.3.5 桩长的影响  69-70
    4.3.6 加载初始超静孔压分布及孔压消散规律  70-73
  4.4 平面应变问题的半透水边界解析解与有限元法的比较  73-75
  4.5 本章小结  75-76
第五章桩端下卧层三维固结沉降  76-88
  5.1 概述  76
  5.2 分析模型  76-77
  5.3 桩端下卧层的应力及沉降  77-85
  5.4 算例分析  85-87
  5.5 本章小结  87-88
第六章桩-土-筏体系时间效应三维整体分析  88-104
  6.1 概述  88
  6.2 桩土筏共同作用简化分析模式  88-89
  6.3 群桩中单桩的刚度  89-90
  6.4 筏板分析模型  90-95
  6.5 工程实例分析  95-102
  6.6 本章小结  102-104
第七章高速公路拓宽桩承式路堤工程实例分析  104-113
  7.1 桩承式加筋路堤的工作机理  104-105
  7.2 桩承式路堤的沉降特点  105-107
  7.3 杭甬高速公路拓宽桩承式路堤工程分析  107-111
  7.4 本章小结  111-113
第八章结论与建议  113-116
  8.1 主要结论  113-114
  8.2 下一步工作的建议  114-116
参考文献  116-123
致谢  123-124
附录一: 半透水边界有限层地基平面应变问题的解  124-128
附录二: 个人简历和在读期间发表论文  128-129

群桩基础在饱和软土地基中的工作性状研究

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