透水与不透水桩组合型复合地基固结分析与优化

发布时间：2020-11-19 03:03

　　组合型复合地基是一种新型的地基处理技术,在软土地基处理中逐渐得到应用,但是由于其固结理论研究较为滞后,使其推广和应用受到了极大的限制。本文以推动组合型复合地基固结理论的成熟为目标,对组合型复合地基的固结问题进行了较为系统的研究,得到一些有益的成果。1、基于轴对称固结模型,以透水桩为中心,将边界上的不透水桩及其涂抹区简化为连续的不透水墙,并考虑透水桩的体积压缩,建立了组合型复合地基的固结微分方程,利用边界条件和初始条件,得到了透水桩打穿时外部荷载瞬时施加情况下的地基固结解析解。与文献中模型进行对比,结果表明本文求解得到的固结速率能够避免因忽略透水桩体积变化而高估组合型复合地基的固结速率的问题,结果更为合理。2、针对透水桩未打穿软土层时的组合型复合地基,基于轴对称固结模型和双层地基固结理论,将上层加固区进行一维等效,与下层加固区联立求解,得到了考虑透水桩桩体压缩的固结解析解。该解析解中上下层加固区的固结速率一致,孔隙水压力连续,更符合实际。3、用ADINA软件建立了轴对称简化模型、方形桩简化模型和未简化模型等多种组合型复合地基有限元分析模型,分析表明轴对称有限元模型计算结果与本文解析解的结果一致性较好,说明本文的解析解可信;简化模型与未简化模型的结果规律一致,差别不大,说明将组合型复合地基的固结问题简化为轴对称问题合理可行。4、建立了群桩有限元模型与单个计算单元模型,对比发现:群桩复合地基的固结速率比单个计算单元地基的固结速率快;无论群桩或者是单桩,打穿条件下的组合型复合地基固结速率均较不打穿时固结速率快。5、对桩径比、扰动效应、井阻效应和桩土模量比等影响地基固结的主要因素进行了分析发现:组合型复合地基的固结速率受透水桩的施工扰动效应、不透水桩的压缩模量和透水桩加固深度影响较大,而受不透水桩的施工扰动效应、透水桩的压缩模量影响较小;在透水桩未打穿软土层时组合型复合地基中,上下层加固区的土体模量和渗透系数的变化对整个地基的固结速率影响效果不完全相同。6、以固结速率和总沉降为两个主要控制对象,对影响复合地基的多个因素进行了分析,结果发现:施工扰动和井阻效应对其固结过程有影响,而对总沉降没有影响;桩径比和桩土模量比对固结和总沉降都有影响;打穿条件下,透水桩加固深度主要影响地基的总沉降,未打穿条件下,透水桩深度对固结过程影响较大,而对总沉降的影响较小。各个因素对复合地基的固结和总沉降的影响有主次之分,侧重点不同。因此,可以利用各因素的作用差异,并基于“强强组合”原则提出了地基优化措施,可为实际工程参考。
【学位单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU470
【部分图文】：

有限元模型,打穿

c桩半径 =0.2pr m，其桩间距都为 2.1m；桩土均为均质弹性材料，桩土顶端设置刚性板，荷载瞬时施加在刚性板上， 1000P =kPa。计算模型单元如图 2-1（b）所示，模型的其他参数见表 4-1。表 4-1 模型参数表Table 4-1 Parameters of the models分析方法H/mEs/MPaEp/MPaEc/MPaμsμpμc渗透系数/（10-5m/d）kvkhkc有限元 10 5 250 50 0.35 0.3 0.3 5 10 104解析解 10 5 250 50 - - - 5 10 104注：μs、μp和 μc分别为土体、不透水桩和透水桩的泊松比，其他符合意义同前。接下来的研究涉及到透水桩打穿软土层条件下组合型复合地基与透水桩不打穿软土层条件下组合型复合地基，为叙述方便，这里称前者为复合地基Ⅰ，后者为复合地基Ⅱ。4.3.2 透水桩打穿软土层条件下组合型复合地基固结模型由于解析解按轴对称模型求出，为保证对比的有效性，首先建立了二维模型（模型采用 2D 实体单元 Axisymmetric 受力状态）和三维轴对称模型，见图 4-1（a）、（b）；为寻求模型的简化，分别建立了方形桩和柱形桩三维模型，见图 4-1（c）、（d）。

分布图,孔隙水压力,有限元模型,分布图

（a）（b）（c）图 4-4 不同有限元模型的孔隙水压力分布图Fig.4-4 Distribution of pore pressure in different finite element models.3.3 透水桩不打穿软土层条件下组合型复合地基固结模型10-310-210-11001011021.00.80.60.40.20.0UTh2 D 模型解析解（按沉降计算）图 4-5 固结度随时间变化曲线（复合地基Ⅱ）Fig.4-5 Relationship between U and Th （combined composite foundationⅡ）图 4-5 为透水桩不打穿软土层条件下复合地基固结速率的解析解与有限元解的，可以看出，两者的结果一致性较好，说明解析解能够很好的反映该复合地基的固
【参考文献】

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