软土地基广泛分布在我国经济发达的沿海地区,随着经济的发展和城市化水平的提高,这些地区将会兴建大量的房屋建筑及各种构筑物。工程上常对软土地基进行地基处理后得到工程性质良好的复合地基,其中水泥土桩复合地基作为一种良好的复合地基形式得到了广泛的运用。我国是个多地震的国家,历次地震给我们带来了惨痛的教训。因此,开展水泥土桩复合地基的地震效应规律的研究,并以此指导实际工程抗震设计,具有重要的理论意义和实用价值。 本文参照粘土的试验方法,配置了一定数量的水泥土复合土样,进行了复合土样的动三轴试验。通过不排水动三轴试验得到水泥土的动应力应变骨架曲线,并分析了水泥掺入比、围压等因素对水泥土复合土动模量和阻尼比的影响,同时得到了各种工况下水泥复合土的动剪切模量,为本文的水泥土桩复合地基地震效应数值模拟提供可靠的非线性动力模型参数。 本文采用通用有限元软件ABAQUS,基于课题组提出的嵌于ABAQUS操作平台的Davidenkov骨架曲线的土体动弹塑性模型来描述水泥复合土和土体的动应力-应变关系,以南京某典型软弱场地为研究对象,建立了水泥土桩复合地基的“复合模量模型”和“桩土分离模型”,进行了复合地基二维弹塑性总应力法地震反应分析。复合模量模型中,采用土与复合土的等效复合模量的形式将复合地基加固区视为均质体,不考虑加固区与周围土体的接触。桩土分离模型中,水泥土桩和周围土体分离,桩土之间设置接触面,考虑桩土之间的摩擦、滑移与错动。 针对两种有限元模型,研究了输入地震动的强度和频谱特性、水泥土桩加固宽度和深度、桩体模量以及场地条件对复合地基场地地震应的影响。结果表明:输入地震动的强度和频谱特性对复合地基地震效应影响较大;复合地基加固区地表的峰值加速度反应较自由场的反应明显减小,而加固体区外侧地表的峰值加速度反应较之自由场的反应可能增大;复合地基地表的峰值加速度反应随着水泥土桩加固深度和复合模量的增加而减小,而与加固宽度无关;场地土层条件的不同,对复合地基地震效应影响较大;桩体模量在可能变化范围内,对水泥土桩复合地基地震效应影响相对较小;水泥土桩复合地基地表位移峰值反应基本无规律可言;在桩土分离模型中,同时研究了水泥土桩置换率对桩间土体最大剪应变的影响,结果表明,随着桩体置换率的增加,桩间土体最大剪应变呈减小趋势。最后对两种模型的结果进行对比,论证了复合模量模型的可行性。 本文研究了水泥复合土的动力特性,通过对水泥土桩复合地基的地震效应规律的分析研究,得到一些对抗震设计有意义的结论,为南京地区合理设置或确定复合地基的尺寸及力学参数提供了基础资料,为工程实际应用提供了理论参考。