疏桩基础数值分析与设计方法研究

摘要

随着计算机技术的迅速发展在数值分析方面有限元显示出强大的生命力.创建三维弹塑性有限元分析程序来研究在天然地基承载力不能完全满足要求的情况下,具有控制沉降和协力双重作用的疏桩基础的性状,这是一个崭新的课题.该文在较全面地把握桩-土-台共同作用和疏桩基础实验研究、数值分析的历史和现状的基础上,开展这一课题的研究工作.主要内容有:建立三维模型来模拟桩-土-台所组成的空间实体,选用能反映土体塑性特点的Lade-Duncan模型和能描述桩土接触面特性的有厚度的接触面本构模型编制三维弹塑性有限元分析程序—TDEPPSPF,该程序既能考虑由桩-土-台所组成的疏桩基础的空间结构特点、又能保证桩土接触面的变形连续和土体的塑性变形特性,与常见的二维或弹性有限元的计算相比,研究结果更符合实际,通过与模型实验结果的比较,发现该程序的计算结果与实测结果较吻合.利用编制的三维弹塑性有限元程序,对疏桩基础在竖向荷载作用下的承载性状、变形性状进行了系统的计算分析,结果发现荷载水平、桩长、桩距、桩数、承台厚度、布桩方式等对疏桩基础的承载和变形性状都有影响,进而找出疏桩基础承载、变形的一些规律和特点.

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1桩基的研究历史和现状

1.2桩-土-台共同作用的研究历史与现状

1.2.1实验研究

1.2.2理论分析

1.2.3桩-土-台共同作用研究评价

1.3疏桩基础的研究历史与现状

1.3.1疏桩基础的发展历程

1.3.2疏桩基础研究评价

1.4本文研究内容和途径

2疏桩基础三维弹塑性有限元分析程序

2.1计算理论

2.1.1有限单元法的基本原理[88]

2.1.2三维八节点等参单元[88]

2.1.3土的本构关系

2.1.4接触面本构关系

2.1.5增量变刚度法

2.1.6土体单元的破坏模式及其修正

2.2三维弹塑性有限元分析程序

2.2.1程序简介

2.2.2程序编制

3程序的验证及应用

3.1计算程序的验证

3.2 TDEPPSPF程序的应用

3.2.1控沉疏桩基础的控沉原理

3.2.2在某工程中的应用

4竖向荷载作用下疏桩基础承载性状分析

4.1有限单元信息及计算方案的选择

4.1.1有限元网格的确定

4.1.2材料信息及计算方案的选择

4.2疏桩基础承载性状分析

4.2.1桩顶反力的变化

4.2.2桩身应力的变化

4.2.3桩端阻力的变化

4.2.4桩身侧摩阻力的变化

4.2.5平均侧摩阻力的变化

4.2.6承台底土反力的变化

4.2.7承台分担比的变化

4.3疏桩基础承载性状分析小结

4.3.1疏桩基础承载性状小结

4.3.2疏桩基础承载特性

5竖向荷载作用下疏桩基础变形性状分析

5.1疏桩基础变形性状分析

5.1.1基础的总体沉降

5.1.2桩顶沉降

5.1.3桩间土的竖向变形

5.1.4桩端平面以下地基土的整体压缩变形

5.1.5沉降比的变化

5.2疏桩基础变形性状分析小结

5.2.1疏桩基础变形性状小结

5.2.2疏桩基础变形特性

5.3疏桩基础桩基参数的优化

6疏桩基础设计方法研究

6.1概述

6.2疏桩基础设计方法研究

6.2.1协力疏桩基础的设计要点

6.2.2控沉疏桩基础的设计要点

6.2.3疏桩基础沉降计算方法

6.2.4本文提出的疏桩基础的沉降计算-疏桩基础法

6.3疏桩基础设计方案的模糊优选初探

6.3.1概述

6.3.2多目标模糊优选满意决策基本模型

6.3.3算例

6.4本章小结

7结论与展望

参考文献

致谢

附录A攻读博士学位期间完成的科研成果

附录B作者简介