循环荷载作用下柔性桩复合地基性状研究

在高速公路、铁路、机场跑道工程中，柔性桩复合地基是一种常用的地基处理方法，在使用期内荷载为长期的循环荷载，因此研究循环荷载作用下柔性桩复合地基的变形性状，对控制这些工程的工后沉降，改善其使用性能，及养护维修的针对性有重要意义，而且是对复合地基理论的进一步完善和补充，具有重要的学术和实用价值。 2100433B

桩承加筋土复合地基是一种将桩作为竖向增强体、土工合成材料作为水平增强体构成的复合地基，是近年来兴起的一种新型的地基处理技术。通过现场实测数据分析和室内模型试验，研究桩承加筋土复合地基各组成部分（桩、土工合成材料、桩间（底）土）在循环荷载作用下的响应和相互作用规律，构建桩间(底)软土考虑粘塑性速率效应的本构关系，应用数值方法分析循环荷载作用下桩承加筋土复合地基承载力、变形特性，并和实测数据、模型试验进行比较和分析，从而建立循环荷载作用下桩承加筋土复合地基的分析方法。

桩基础通常以群桩的形式存在。水平荷载下的桩-土相互作用是一个十分复杂的问题，对于群桩基础尤其如此。国内外对于水平荷载作用下的群桩研究与单桩相比相对较少，而且已有的研究及成果主要集中在单向（单调或周期）水平荷载下群桩基础的工作性状方面，荷载的方向往往沿着群桩水平布置的对称轴方向。但在实际工程中，群桩所受的水平荷载（如波浪荷载和地震荷载）极可能沿着非对称轴方向施加，而且具有多方向的特点。申请人已进行的研究表明，单桩在多向加载条件下的水平承载力要显著低于单向加载条件下的水平承载力。沿非对称轴方向加载对群桩的水平工作性状和水平承载力有何影响？多方向同时加载对群桩的水平承载力和桩身内力又会带来哪些影响？本项目将通过室内模型试验对这些问题进行研究，同时借助数值分析手段对不同加载路径下群桩的桩-土相互作用机理进行深入的分析。

在理论研究方面，1）基于弹性地基理论和张拉薄膜理论，考虑“土工合成材料－桩－土”三者共同作用，在大面积柔性均布荷载条件下，推导了沉降计算公式；2）通过对垫层、桩、桩间土、土工合成材料模型的适当简化，引入桩间土固结分析，得到了较为全面的反映桩-加筋垫层-土协调作用的分析模型；3）综合三个独立的室内试验和三个独立的有限元分析实例，利用归一化方法研究了桩周应力的分布；4）选择由3 个不同半径颗粒组成的力链单元作为分析对象, 通过定义颗粒间的位移模式, 由运动位移协调和弯矩平衡条件得出颗粒间的相对切向位移以及各颗粒旋转角之间的关系。根据热力学理论建立力链压曲变形的能量方程, 得到力链受力和位移表达式。 现场试验方面，1）对某厂房地坪的桩网复合地基进行了现场载荷试验，研究沉降、桩土应力分担及土工格栅应力应变规律。通过循环加卸载试验，分析循环荷载对其影响；2）对某大型堆料场实施长期监测，设置多个监测断面，得到土体压力、孔隙水压力、沉降及深层土体位移等随随时间和空间的变化规律。 室内试验方面，1）选择垫层材料及其厚度、桩间距、桩身材料、桩帽尺寸、加筋层数及铺设位置作为控制因素，实施了多组模型试验；2）对循环加载波形为矩形及三角形情况进行了研究,同时得到了可用于估算后续循环荷载作用下沉降的经验计算公式。3）利用空心圆柱扭转仪对杭州原状粘土进行了不同中主应力系数的主应力轴纯旋转试验，主应力轴旋转过程中三个主应力大小保持不变，大小主应力轴在垂直于中主应力的平面内联系旋转。 数值模拟方面，利用ABAQUS软件，1）建立了路堤下刚性桩复合地基的三维数值模型，研究了不同桩端嵌固条件、不同桩间距条件下，桩、土破坏模式及路堤的失稳机理。2）对大面积均布荷载及局部集中荷载作用下的厂房地坪桩承加筋土复合地基进行三维建模，研究了地面层刚度变化及垫层性质变化对其性状的影响。 2100433B