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刚性桩复合地基沉降分析与计算

作　者: 李保坚
导　师: 白晓红
学　校: 太原理工大学
专　业: 岩土工程
关键词: 刚性桩复合地基沉降计算解析方法三维有限元程序数值模拟
分类号: TU473.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

刚性桩复合地基通常是采用刚度较大的混凝土桩或者高标号的水泥粉煤灰碎石桩(简称CFG桩)作为竖向增强体材料,并在其桩顶与基础底面之间铺设一定厚度的褥垫层,以调节桩、土之间的荷载分配来保证桩土共同作用。刚性桩复合地基由于桩体强度高,刚度较大,并能够充分发挥桩间土的承载能力,因此在提高地基承载力的同时能够有效地减小地基的沉降,因而在工程中得到越来越广泛的应用,并取得了很好的经济效益和社会效益。但是刚性桩复合地基与浅基础、桩基础相比,其理论仍不成熟,还远远落后于工程实践,尤其是沉降计算理论。因此,刚性桩复合地基的沉降计算研究已经成为基础工程研究领域的热点,具有重要的学术价值和现实意义。本文以刚性桩复合地基工程实例分析为基础,利用解析方法和数值方法,对刚性桩复合地基的沉降进行了研究,并对沉降计算方法进行了讨论和完善。本文首先介绍了刚性桩复合地基的工作机理和几种理论计算其沉降的方法,然后通过25个工程实例对刚性桩复合地基沉降的三种常用工程简化计算方法,即规范CFG桩法、复合模量法、桩身压缩量法,进行了对比、分析。发现以上理论计算方法而得的沉降值与实测沉降值相差较大,对规范建议的刚性桩复台地基沉降计算方法进行了讨论,指出该方法计算刚性桩复合地基沉降存在的问题,并对沉降计算方法的改进提出了一些建议。本文最后利用三维有限元程序MIDAS-GTS对刚性桩复合地基的沉降进行了数值模拟分析。计算和分析了刚性桩复合地基在竖向工作荷载作用下,桩间距、桩端下卧层土体模量、桩身刚度变化对刚性桩复合地基沉降的影响。分析表明刚性桩复合地基随着桩端下卧层土体模量的提高,桩身刚度的提高而沉降减小；随着桩间距的减小,刚性桩复合地基的沉降减小,但是当桩间距减小到一定值(3倍桩径)从下时,沉降趋于定值。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-21
  1.1 引言  9-10
  1.2 复合地基概述  10-12
    1.2.2 复合地基的定义及分类  10-11
    1.2.3 复合地基的本质与特点  11-12
  1.3 刚性桩复合地基  12-17
    1.3.1 刚性桩复合地基的概念  12-14
    1.3.2 刚性桩复合地基的试验研究  14-15
    1.3.3 刚性桩复合地基的变形计算研究  15-16
    1.3.4 刚性桩复合地基的数值模拟研究  16-17
  1.4 本文的研究目的及内容  17-21
    1.4.1 研究的目的及意义  17-18
    1.4.2 本文研究内容与方法  18-21
第二章刚性桩复合地基沉降变形的理论研究  21-37
  2.1 刚性桩复合地基的变形模式  21-22
  2.2 刚性桩复合地基的工作原理  22-24
    2.2.1 褥垫层的作用  22-23
    2.2.2 刚性桩复合地基中桩的作用  23
    2.2.3 桩侧负摩阻力的的产生与作用  23
    2.2.4 刚性桩复合地基桩土协调变形机理  23-24
  2.3 刚性桩复合地基的沉降计算方法综述  24-32
    2.3.1 刚性桩复合地基的解析方法  24
    2.3.2 刚性桩复合地基的数值解法  24-25
    2.3.3 刚性桩复合地基的经验计算方法  25-32
  2.4 刚性桩复合地基的工程实用计算方法  32-37
    2.4.1 利用《建筑地基处理技术规范》的CFG桩复合地基的计算公式  32-35
    2.4.2 龚晓南提出的刚性桩复合地基的计算公式  35-37
第三章刚性桩复合地基工程实例及计算分析  37-49
  3.1 本文采用的三种工程实用的沉降计算方法简述  37-39
    3.1.1 CFG桩复合地基沉降计算公式  37-38
    3.1.2 复合模量法  38
    3.1.3 桩身压缩量法  38-39
  3.2 工程概况简介  39-43
  3.3 计算分析对比  43-47
  3.4 建议计算方法的验证  47-48
  3.5 本章小结  48-49
第四章刚性桩复合地基的非线性有限元分析  49-69
  4.1 有限单元法概述  49-50
  4.2 MIDAS-GTS有限元程序介绍  50-52
    4.2.1 MIDAS-GTS程序的基本特点  50-51
    4.2.2 MIDAS/GTS的分析功能  51
    4.2.3 MIDAS/GTS的操作流程  51-52
  4.3 刚性桩复合地基沉降的有限元分析模型的建立  52-57
    4.3.1 计算假定  52
    4.3.2 本构模型的选择  52-54
    4.3.3 计算模型所需参数确定  54-55
    4.3.4 有限元模型的建立  55-57
  4.4 有限元分析结果与实测值的比较  57-58
  4.5 刚性桩复合地基影响因素的有限元分析  58-68
    4.5.1 桩体模量的影响分析  59-61
    4.5.2 桩尖下卧层土体模量变化的影响分析  61-65
    4.5.3 桩间距变化的影响分析  65-68
  4.6 本章小结  68-69
第五章结论与展望  69-71
  5.1 结论  69-70
  5.2 展望  70-71
参考文献  71-74
致谢  74-75
攻读学位期间发表的学术论文  75

刚性桩复合地基沉降分析与计算

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