论文部分内容阅读
桩土共同作用一直是岩土工程界中一个复杂的问题,它的一个重要的应用就是计算桩基础的沉降。本文在参考大量文献的基础上,系统总结了目前基于桩土共同作用的单桩与群桩基础的沉降计算方法,完整的阐述了考虑桩土共同作用的复合桩基础沉降简化计算方法。根据该计算方法,当作用在复合桩基上的外荷载超过承台下各桩的单桩极限承载力之和时,该方法将桩基础的沉降分为两个部分计算,一部分是由地基土所分担的荷载作用而产生的沉降量,另一部分是由承台下桩所分担的荷载作用而产生的沉降量。对于前者可按计算天然地基浅基础沉降的单向分层总和法计算,后者则可按基于Mindlin位移解的群桩沉降简化计算方法进行计算。
在应用基于Mindlin位移解的群桩沉降简化计算方法时,Mindlin位移解是弹性力学解,因此,在计算过程中,没有考虑桩孔的存在。但是在实际情况下由于桩体的存在而造成了土体的不连续。为了研究由于桩孔的存在而造成的土体的不连续性对桩基础沉降的影响,本文应用有限元方法分析单桩的情况,分别在不同的桩孔直径以及不同的桩长的条件下,分桩端荷载、桩侧均布荷载和桩侧三角形荷载三种荷载形式,对有桩孔和无桩孔模型在外力作用下的竖向位移分布进行分析,然后找出两种模型竖向位移分布的关系。计算表明,在桩端荷载作用下,桩孔的存在对土体位移会产生较大影响,其影响范围主要集中在桩底附近的土体;在桩侧均布荷载和桩侧三角形荷载作用下,桩孔的存在对土体位移产生的影响范围也是集中在桩底附近的土体,但在数值上相对于桩端荷载作用下的情况要小。在对上述两种计算模型比较分析(有桩孔位移/无桩孔位移)的基础之上本文提出对基于无桩孔弹性半空间模型的Mindlin位移系数的修正。然后,利用修正后的Mindlin位移系数,推导了桩端荷载、矩形和三角形桩侧摩阻力形式下土体内任意一点的位移计算公式,求得单桩情况下在有桩孔模型中任意一点的竖向位移。对于桩端下地基成层的群桩,则首先将各桩产生的位移进行叠加,然后按照线性变形分层总和法计算地基沉降,每层的沉降为层顶和层底的位移之差。
根据上述基于Mindlin修正位移解的群桩沉降简化计算方法,本文编制了计算程序,计算分析了荷载分配系数、荷载水平变化、桩长变化、桩径变化、桩数变化、埋置深度变化以及土层特性变化等方面的因素对基础沉降的影响,并与利用未修正之前的计算方法所得到的计算结果进行比较。从计算结果中可以看出,桩孔的存在使桩端分配到的荷载有所减小;修正后桩基础的沉降要大于修正之前桩基础的沉降。桩径和埋置深度对沉降影响较小,沉降随着荷载水平的增大而线性增加,随桩长和桩数的增加而减小。如果土体的压缩性减小,则基础的沉降将减小。最后,本文利用上述考虑桩土共同作用的复合桩基沉降简化计算方法完整地分析了一个算例。该算例综合考虑了前两章所分析的引起复合桩基础沉降的多种因素,并写出了完整的计算步骤。计算结果表明,桩孔的存在使得复合桩基的沉降有所增大。