刚柔组合桩型复合地基承载特性研究

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多元复合地基与常规复合地基相比较具有明显优势,能够同时满足对不良地基处理的多方面的要求,作为新型的地基处理方式,在工程实践中已经有所应用,但其承载机理和设计理论还不成熟。  本文依托山西省电力公司发展策划部和山西大学工程学院共同承担的“组合型地基在变电工程中应用的技术研究”项目,以多元复合地基中的刚柔组合桩型复合地基为研究对象,在总结分析了多元复合地基的理论分析、现场及室内试验和数值模拟等方面的国内外研究现状的基础上,进行了五组室内模型试验,分别是填土地基、柔性桩复合地基、刚性桩复合地基、刚柔组合桩复合地基(4桩型)和刚柔组合桩复合地基(9桩型)载荷试验,最后,通过有限元软件ABAQUS进行了复合地基的数值分析。本文获得成果主要有以下几个方面:  (1)得到填土地基、柔性桩复合地基、刚性桩复合地基、刚柔组合桩型复合地基的p-s曲线,并分析了各自的变形规律,填土地基、柔性桩复合地基和刚柔组合桩型复合地基的p-s曲线均为缓变型没有明显的比例界限和极限承载力,刚性桩复合地基的p-s曲线为突变型,在相同的荷载作用下,沉降规律为:填土地基>柔性桩复合地基>刚柔组合桩型复合地基>刚性桩复合地基。  (2)验证了褥垫层对于复合地基桩土应力分配及不同刚度的群桩地基协同工作的重要作用。  (3)在刚柔组合桩型复合地基中建议选择刚度较大的承台,更有利于发挥刚性桩和柔性桩各自的承载力。  (4)刚柔组合桩型复合地基的承载机理为:在所受荷载不大时,柔性桩和桩间土承担了复合地基的大部分荷载,荷载增大,在褥垫层的调节作用下,刚性桩承担的荷载快速增加,因此刚性桩决定复合地基的极限承载力。  (5)推荐刚柔组合桩型复合地基的实用设计公式:fspk=[m1n1+m2n2+(1-m1-m2)]αβfskfsk为天然地基的承载力特征值;m1和m2分别表示刚性桩和柔性桩的面积置换率;n1和n2分别表示复合地基在极限承载力时刚性桩和柔性桩的桩土应力比。  (6)通过有限元软件ABAQUS模拟刚柔组合桩型复合地基静载荷试验,得到不同位置处刚性桩、柔性桩桩顶应力和变形规律,与室内模型试验进行了验证。  研究表明,刚柔组合桩型复合地基室内模型试验和数值模拟虽然不能完全模拟现场刚柔组合桩型复合地基的工作性状,但从定性上分析其的工作性状是可行的。
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