包裹碎石桩复合地基静动力特性及其设计方法研究

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包裹碎石桩是由碎石桩外围裹土工材料套筒制作而成。包裹碎石桩具有加速地基固结排水、加筋和振密等作用,可用于提高地基的抗震陷和抗液化性能,然而此类复合地基的静力设计方法、动力响应规律及抗震设计方法尚不明确,这极大地限制了它的应用。本文利用静载试验研究了包裹碎石桩复合地基中力的传递和变形发展规律,基于此给出了包裹碎石桩复合地基的承载力和沉降计算方法。利用振动台模型试验研究了包裹碎石桩复合地基的动力响应规律,建立了包裹碎石桩复合地基在地震作用下的承载力计算方法。论文主要取得了以下创新性成果:  (一)基于静载试验,揭示了包裹碎石桩复合地基中应力、变形特性。  相比碎石桩,全长包裹碎石桩和部分包裹碎石桩桩身产生的径向变形较小且较为均匀,且静载试验条件下软黏土地基中50%以上的全长包裹碎石桩桩项应力可传递至桩底端。随着套筒刚度的增大,全长包裹碎石桩复合地基的破坏模式由鼓胀破坏过渡到桩顶端刺入破坏。  (二)建立了包裹碎石桩(以下若无特别说明,包裹碎石桩均指全长包裹碎石桩)复合地基的静力设计方法。  当包裹碎石桩复合地基表现为刺入上部褥垫层破坏时,考虑桩-土-垫层的相互作用,提出了包裹碎石桩复合地基的承载力和沉降计算方法。当包裹碎石桩复合地基表现为鼓胀变形破坏时,基于碎石桩体、套筒、土体在竖向和水平向的应力、变形协调方程,提出了此种破坏模式下包裹碎石桩复合地基的承载力和沉降计算方法。  (三)基于振动台模型试验,揭示了包裹碎石桩复合地基的地震响应规律。  在相同地震波作用下,包裹碎石桩复合地基的加速度响应峰值大于碎石桩复合地基的加速度响应峰值。相比碎石桩复合地基,地震作用下包裹碎石桩复合地基在较大区域内产生较小的裂缝,沉降量较小。总体而言,包裹碎石桩复合地基在地震作用下表现出较好的抗震性能。  (四)提出了地震作用下包裹碎石桩复合地基的承载力计算方法。  基于地震作用下包裹碎石桩复合地基的复合破坏面(对数螺旋曲面和平面),将地震作用简化为作用在结构上的惯性力和作用在土体内的惯性体力,然后根据极限平衡法,分别确定了土体粘聚力、重度和上覆荷重引起的承载力因子,建立了包裹碎石桩群桩复合地基在地震作用下的承载力计算方法,并利用已有研究和本文振动台试验结果验证了建议方法的有效性。
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