非饱和黄土地基疏桩基础的承载机理研究
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摘要
疏桩基础是近年来提出并发展起来的一种新的桩基形式,它提出了用桩来补偿天然地基、改善天然地基的新构思。目前,疏桩基础在非饱和黄土地基中的应用与研究甚少。湿陷性黄土经过地基处理后有着比较高的承载特性。针对非饱和黄土地基开展疏桩基础的研究具有重要的理论意义和现实意义。
论文对灰土挤密桩消除黄土湿陷性后疏桩基础的承载机理进行了较为系统的研究。首先从理论上分析了灰土挤密桩消除黄土湿陷性后疏桩基础的工作机理,然后通过对疏桩基础的三维非线性有限元分析,研究了疏桩基础中桩—土—承台相互作用机理、基础反力分布及分配规律和沉降变形特性。在此基础上讨论了疏桩率、桩基刚度和基础刚度变化时,对疏桩基础的承载特性和变形性状的影响。提出了针对疏桩基础运用不同疏桩率的“内强外弱”布桩方案,并将该方案与常规等距布桩方式作了比较。研究结果表明:疏桩基础可以有效地调匀桩顶反力,减小上部结构的次应力。疏桩基础较常规桩基础更能充分发挥单桩的极限承载力,使之达到桩土共同作用的目的,最大限度地发挥复合地基的承载力。
研究成果为合理建立疏桩基础的沉降计算理论和设计方法提供理论依据,将促进疏桩基础在黄土地区的推广和应用。
The sparse pile foundation is a new pile format which is put forward and developed in recent years. It brings forward a new idea that repairing and improving the natural foundation with piles. At present, the application and research of the sparse pile foundation is so little in unsaturated loess ground. Collapsible loess has good load-carrying properties after foundation treatment. The research of the sparse pile foundation in unsaturated loess ground is of momentous theoretical significance and current significance.
The article has carried out comparatively systematic research on load mechanics about the sparse pile foundation which is eliminated collapsibility with lime-soil compaction pile. Firstly, it analyses the working mechanics of the sparse pile foundation theoretically. Then the article analyses the interaction mechanics of pile-soil-cushion cap, the distribution and rule of foundation reaction, the settling character in the sparse pile foundation through three-dimensional non-linearity finite element analysis. And it discusses the influence of load-bearing and deforming character for the sparse pile foundation, when the ratio of sparse piles and the stiffness of pile and foundation are changed. The article also puts forward a programme about "outside dispersed inside closed"with different range of piles for sparse pile foundation, and compares with normal equally spaced fashion for disposing piles. The results show that the sparse pile foundation can make the reaction of pile cap equably, reduce secondary stress of superstructure. The ultimate bearing capacity of pile can be fully exploited in the sparse pile foundation compared with normal pile foundation. The purpose of pile and soil interaction can be realized.And it can exploit the bearing capacity of composite foundation mostly.
The research findings provide theoretical foundation for settlement calculation theory and design methodology for the sparse pile foundation, which can promote popularization and application for it in loess area.
论文对灰土挤密桩消除黄土湿陷性后疏桩基础的承载机理进行了较为系统的研究。首先从理论上分析了灰土挤密桩消除黄土湿陷性后疏桩基础的工作机理,然后通过对疏桩基础的三维非线性有限元分析,研究了疏桩基础中桩—土—承台相互作用机理、基础反力分布及分配规律和沉降变形特性。在此基础上讨论了疏桩率、桩基刚度和基础刚度变化时,对疏桩基础的承载特性和变形性状的影响。提出了针对疏桩基础运用不同疏桩率的“内强外弱”布桩方案,并将该方案与常规等距布桩方式作了比较。研究结果表明:疏桩基础可以有效地调匀桩顶反力,减小上部结构的次应力。疏桩基础较常规桩基础更能充分发挥单桩的极限承载力,使之达到桩土共同作用的目的,最大限度地发挥复合地基的承载力。
研究成果为合理建立疏桩基础的沉降计算理论和设计方法提供理论依据,将促进疏桩基础在黄土地区的推广和应用。
The sparse pile foundation is a new pile format which is put forward and developed in recent years. It brings forward a new idea that repairing and improving the natural foundation with piles. At present, the application and research of the sparse pile foundation is so little in unsaturated loess ground. Collapsible loess has good load-carrying properties after foundation treatment. The research of the sparse pile foundation in unsaturated loess ground is of momentous theoretical significance and current significance.
The article has carried out comparatively systematic research on load mechanics about the sparse pile foundation which is eliminated collapsibility with lime-soil compaction pile. Firstly, it analyses the working mechanics of the sparse pile foundation theoretically. Then the article analyses the interaction mechanics of pile-soil-cushion cap, the distribution and rule of foundation reaction, the settling character in the sparse pile foundation through three-dimensional non-linearity finite element analysis. And it discusses the influence of load-bearing and deforming character for the sparse pile foundation, when the ratio of sparse piles and the stiffness of pile and foundation are changed. The article also puts forward a programme about "outside dispersed inside closed"with different range of piles for sparse pile foundation, and compares with normal equally spaced fashion for disposing piles. The results show that the sparse pile foundation can make the reaction of pile cap equably, reduce secondary stress of superstructure. The ultimate bearing capacity of pile can be fully exploited in the sparse pile foundation compared with normal pile foundation. The purpose of pile and soil interaction can be realized.And it can exploit the bearing capacity of composite foundation mostly.
The research findings provide theoretical foundation for settlement calculation theory and design methodology for the sparse pile foundation, which can promote popularization and application for it in loess area.
引文
[1]Burland J B and Broms B B Behavior of Foundtion and Structures,Prec.9th Int.Conf.On SMFE,Tokyo.192.495-546
[2]Hooper,J.A.Raview of behaviour of piled raft foundation on soft ground,Proc.8th Asian Regional conf.SMFE.Vol.1,1987
[3]佟世样.亚粘土中群桩的承载能力及变形特性的模型试验.第三届全国土力学及基础工程学术会议论文选集[M]北京:中国建筑工业出版社,1981,44-51
[4]Cook R W.Pile Raft Foundation on Stiff Clays-A contribution to Design Philosophy,Geotechnique,1986,36(2):169-203
[5]杨克已等.基础—桩—土共同作用的性状与承载力研究[J].岩土工程学报,1988,10(1),30-36
[6]吴永红等.桩台共同作用研究述评[J].工程勘察,1992,(3):19-23
[7]Hain S J and Lee I K.The Analysis of Flexible Raft-Pile Systems,Geotechnique.1978.26(1):65-83
[8]童诩湘.上海桩基础的使用经验和设计方法[J].华东电力设计院1979年
[9]黄绍铭,王迪民,裴捷.按沉降控制的复合桩基设计方法(上)[J].工业建筑-1988年6期
[10]黄绍铭,王迪民,裴捷.按沉降控制的复合桩基设计方法(下)[J].工业建筑-1988年8期
[11]杨敏,艾智勇.以沉降控制为基础的桩基础设计理论与工程实践[J].中国土木工程学会第八届年会论文集1998年3月
[12]杨敏,艾智勇.桩土相互作用理论研究与按沉降控制设计桩基础的工程实践[J]第六届全国岩土力学数值分析与解析方法讨论会1998年8月4-6日
[13]Focht,J.A.Jr.,Khan,F.R.and Gemeinhardt,J.P.Performance of One Shell Plaza deep matfoundation.J.Geotechnical Engr.Div 1978,Vol.104 GT5
[14]Coyle,H.M.and Reese,L.C.Load transfer for axially loaded pile in clay,Proc.ASCE,1966(SM2)1-26
[15]阳吉宝,钟正雄.长桩荷载传递机理[J].岩土工程学报1998 20(6):108-112
[16]阳吉宝.长桩承载机理分析与有效桩长的确定[J].力学与实践,1997
[17]董建国,赵锡宏等.高层建筑地基基础—共同作用理论与实践.上海:同济大学出版社,1997
[18]王韵成,邵敏.有限单元法基本原理和数值方法(第2版).清华大学出版社,1997
[19][英]o.c.监凯维奇著.有限元单位法[M],科学出版社
[20]刘祖典.黄土力学与工程[M].西安:陕西科学技术出版社,1997
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[22]关文章.湿陷性黄土工程性能新篇[M].西安交通大学出版社,1992
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[24]高国瑞.黄土湿陷变形的结构理论[J].岩土工程学报,1990,12(4),1-9
[25]任新玲,刘领凤.影响黄土湿陷系数因素的数理统计分析(J).山西交通科技,1995(5):19-24
[26]刘祖典.影响黄土湿陷系数因素的分析[J].工程勘察,1994
[27]米海珍,周凤玺等.黄土湿陷系数的偏最小二乘回归与模型[J].兰州理工大学学报,2006
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[32]郑刚,任彦华.桩承载力时效对桩土相互作用及沉降的影响分析[J].岩土力学vol.24 No.1Feb.2003
[33]方鹏飞,朱向荣等.考虑桩土共同作用的复合桩基[J].建筑技术vol.34 No.3第34卷(2003年)第3期
[34]王梅,洪旒康.成层土中群桩沉降计算及分析[J].岩土工程师vol.2 No.3 1990年7月
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[37]赖琼华.桩基沉降实用计算方法[J].岩土力学与工程学报 第23卷6期2004年3月。
[38]张雁.“用二元联立方程组求解疏桩基础的沉降及其它”一文的讨论.建筑科学 1990年2期
[40]陈仁朋,凌道盛,陈云敏.群桩基础沉降计算中的几个问题[J].土木工程学报vol.36 No.9Oct.2003
[41]艾智勇,杨敏.广义Mindlin解在多层地基单桩分析中的应用[J].土木工程学报vol.34No.2 Apr.2001
[42]郑颖人,龚晓南.岩土塑性力学基础(M).中国建筑工业出版社,1989
[43]屈智炯.土的塑性力学[M].成都科技大学出版社,1987
[44]袁建新.土的弹粘塑性关系[J].岩土工程学报,Vol.94,No.4(1982)
[45]钱家欢,殷宗泽.土工原理与计算.中国水利水电出版社.1979.7
[46]朱伯芳.有限单元法原理与应用.水力电力出版社.1979
[47]王勖成,邵敏.有限单元法基本原理和数值方法.清华大学出版社,1998
[48]王焕定,吴德伦.有限单元法及计算程序.中国建筑工业出版社,2001
[49]许宏发,吴华杰,郭少平.桩土接触面单元参数分析.探矿工程.2002年第五期
[50]郝文化主编.ANSYS土木工程应用实例.北京:中国水利水电出版社,2005
[51]褚航,龚晓南.复合桩基的承载力性状研究[D].浙江大学博士论文.2003
[52]唐颖栋.疏桩基础沉降的性状分析[D].浙江大学硕士论文2005年
[53]贾亚.疏桩基础的受力性状分析[D].重庆大学硕士论文2006年5月
[54]Davis E T and Poulos H G.The Analysis of Pile Raft Systems,Australian Gemechanics J.1972.G2:21-27
[55]Poulos H G An Approximate Numerical Analysis of Pile Raft Interactive,Int.J.Num.Anal.Mech.Geomech.1994.18:73-92
[56]Brown P T and Wiesner T J.The Behavior of Piled Strip Footing Subjected to Concentrated Loads,Australian Gemechanics J.1975.G6:1-5
[57]Ottaviani M.Thee Dimensional Finite Element Analysis of Vertically Loaded Pile Groups,Geotechnique.1975.25(2):157-174
[58]Hain S J and Lee I K.The Analysis of Flexible Raft-Pile Systems,Geotechnique.1978.26(1):65-83
[59]Zhuang G M,Lee I K and Zhao X H.Interactive Analysis of Behavior of Raft -Pile Foundations,Proc.Geo-Coat' 91,Yokohama:2.759-764
[60]Hain S J and LEE I K.The Analysis of Flexible Raft-Pile Systems,Geotechnique.1978.26(1):65-83
[61]Ta I D and Small J C.Analaysis of Piled Raft Systems in Layered Soils,Int.Joul.Num.Anal.Meths.In Geomechs.1996.20:57-72
[62]钱鸿缙,涂光祉.关于地区黄土的湿陷性变形[J].岩土工程学报,第30卷3期 1997年6月
[63]郑成浩,朱杰江.考虑基础刚度的桩筏基础的沉降计算研究[J],.工业建筑2005年第35卷增刊
[64]胡汉兵,余祖明,杨升威.竖向荷载下群桩承载特性的弹塑性分析[J].长江科学院院报Vol.18 No.1 Feb.2001
[2]Hooper,J.A.Raview of behaviour of piled raft foundation on soft ground,Proc.8th Asian Regional conf.SMFE.Vol.1,1987
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[64]胡汉兵,余祖明,杨升威.竖向荷载下群桩承载特性的弹塑性分析[J].长江科学院院报Vol.18 No.1 Feb.2001