桩筏基础的优化研究是桩基础和桩筏基础研究发展到高级阶段的必然产物。桩筏体系中 桩，筏板，土体之间的相互作用和相互影响使得该体系的分析已颇为复杂，而在此基础上再 结合优化算法进行分析将使整个分析体系复杂程度更高，难度系数更大。 目前桩筏基础优化研究中存在的主要问题是，①多采用抽桩分析或多方案比较方法，缺 乏完备性；②桩筏基础分析方法的限制，仅能分析等桩长或均匀布桩的基础，或采用其他不 足以考虑体系间相互作用的简化算法，缺乏通用性和严密性；③经典规划类优化算法在解决 大规模工程优化问题中暴露出越来越多的问题，缺乏易用性和高效性。 针对上述存在的诸多问题，本文从桩基础和桩筏基础通用分析方法的研究入手，结合国 内外颇具活力的遗传优化算法，对桩筏基础优化研究中的几大要点均进行了深入分析和探 讨。重点在于各研究点的深度，而不在于面的广泛。本文开展的研究工作如下， 1.将Randolph剪切位移方法中桩身位移与桩端位移的函数关系简化为一多项式，并 将此与Poulos积分方程法中土体柔度系数矩阵相结合，提出了一种竖向受荷单桩 弹性分析的改进计算方法。然后将单桩的改进计算方法应用于群桩分析。 2.提出一个包含两个待定参数的群桩中单桩的位移函数关系式，由此利用变分原理和 最小势能原理推导了群桩的分析过程，最终得出群桩刚度矩阵的表达式，进而可以 求得群桩基础中任意单桩任意深度处的位移。 3.采用幂函数有限项级数的形式来反映桩侧摩阻力沿桩身的分布规律，基于弹性理论 中的变形协调关系、桩体物理方程和力的平衡关系，推导了竖向荷载作用下桩基础 的桩顶荷载和桩顶位移之间的刚度矩阵，从而得出了一种分析竖向荷载下单桩和群 桩基础的通刚分析方法。群桩中各桩可具有不同的桩长、桩半径和刚度等特性。 4.在上述桩基础通用分析方法基础上，提出了一种刚性板下桩筏基础的分析方法，然 后基于刚性板桩筏基础分析方法提出了一种竖向荷载下桩筏基础的通刚分析方法。 筏板分析采用有限单元方法，以转角场和剪应变场独立插值的厚薄板通用四边形等 参单元进行分析。该方法可以分析由任意桩长，桩半径和刚度特性的桩群，任意厚 度和几何外形的筏板组成的竖向受荷桩筏基础。 5.首先提出了桩基础面向对象分析的框架，给出了群桩类和单桩类的实现过程。针对 Poulos分析方法，Chow混合分析方法，Shen变分分析方法和桩基础通用分析方法 派生了各自的类分析。然后提出了桩筏基础面向对象实现的框架，在桩基础类的基 础上派生出刚性板桩筏基础类，结合有限元基类的派生类厚薄板通刚分析类派生出 桩筏基础通用分析类，从而实现了桩筏基础的面向对象分析过程。给出的桩基础分 析和桩筏基础分析实例验证表明采刚本文的面向对象分析方法是合理可行的。 6.根据竖向荷载作用下桩基础和桩筏基础通用分析方法，结合包含7个遗传操作算子 的改进遗传算法，提出了控制差异沉降的桩筏基础(包含桩基础)桩长优化分析模 型，并给出了具体的分析步骤。然后进行了实例说明和参量分析。 7.根据竖向受荷桩筏基础通用分析方法和改进的遗传算法来实现控制差异沉降最小 化的桩筏基础桩位优化设计。针对桩筏基础桩位优化这一特定的应用对象，提出了 与之相适应的遗传代码表达方式和6个不同的交叉与变异算子，从而能更高效的实 现桩位优化分析。然后进行了实例说明和参量分析。 8.根据桩基础通用分析方法和桩筏基础通用分析方法，结合恰当处理线性约束和非线 性约束条件的遗传算法，提出了控制差异沉降的桩筏基础(包含桩基础)桩径优化 分析的模型和分析步骤。然后进行了实例说明和参量分析。 9.桩筏基础的筏板厚度分析中优化的目标既要求平均沉降和差异沉降最小，同时又要 满足投资最省原则。针对传统的等桩长等桩径和均匀布桩桩筏基础提出了一种多目 标筏板厚度优化分析方法，分析中尚应满足基础承载力和筏板强度等约束条件。然 后针对经过桩体特性优化后的桩筏基础提出了一种筏板厚度简洁分析方法。最后进 行了参量分析，并给出了一具体的实例来说明筏板厚度的具体优化过程。 10.将桩筏基础桩长优化，桩径优化，桩位优化和筏板厚度优化等单变量优化问题结合 到一起，针对传统的等桩长，等桩径，均匀布桩的传统桩筏基础和布置任意桩长， 桩径的一般桩筏基础提山了各自的桩筏基础各变量优化分析步骤。在上述分析基础 上提出了最优桩数确定的方法，从而实现了桩筏基础中桩数，桩位，桩长，桩径和 筏板厚度优化分析的全过程。 关键词：桩筏基础；差异沉降；通刚分析方法；变分原理；优化模型；遗传算法；线性约束；非线性约束；种群；适应度；遗传算子；面向对象；类；继承