浅论复合地基固结与变形的计算理论及数值分析

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1、浙江大学博士学位论文复合地基固结与变形的计算理论及数值分析姓名：徐洋申请学位级别：博士专业：岩土工程指导教师：谢康和20040101复合地基固结与变形的计算理论及数值分析摘要复合地基工后沉降是复合地基设计必需考虑的重要内容之一，对其如何合理地进行计算已逐渐成为工程界所关注的问题，但有关研究至今尚不多见。本文从解析计算和有限元分析两方面着手对复合地基固结与变形问题展开了较全面、深入的研究。主要研究工作如下：1．在对若干试验结果分析的基础上，提出了刚性基础下复合地基桩侧摩阻力分布形状的假定，然后基于总应力法分析了单桩复合地基中桩体和桩间土的

2、沉降变形，并编制了相应的计算程序。2．基于Biot理论，分别对在桩顶受外荷载作用和桩土共同受外荷载作用的情况下考虑桩土相互作用的单桩复合地基固结问题建立了基本方程和求解条件，并在Laplace变换域和Hankel变换域内得到了土体和桩体的变形解答。3．编制了可以进行平面应变、轴对称以及三维情况下复合地基固结与变形分析的有限元程序。该程序对土体可采用弹性、非线性弹性、弹塑性等多种本构模型并可考虑基础筏板、垫层等复杂条件。同时通过多种算例对该程序进行了验证。4．在假定复合地基桩土间竖向和切向变形协调、应力平衡以及复合元模型的平均固结度与单桩

3、轴对称复合地基的平均固结度相等的条件下，用有效应力分析法建立了三维复合有限元模型，提出了基于此模型的复合地基固结变形分析有限元法。该法无需将桩单元和土单元分别进行网格剖分，从而能极大地减少有限元分析的工作量，特别是对于群桩复合地基固结分析，其优势更为突出。5．用编制的有限元程序对单桩、群桩复合地基的固结变形性状进行了大量的计算分析，阐述了弱排水桩也能加速地基固结的机理，提出了将强排水桩成层复合地基固结简化为均质单层复合地基固结的计算方法，并通过工程实例分析说明了该程序在实际中的应用。本文工作较全面地揭示了复合地基固结性状，并为复合地基工

4、后沉降的计算提供了新的理论和技术支持，从而丰富和完善了复合地基变形计算理论和技术。关键词：复合地基；固结；变形；有限元法；桩土相互作用；强排水桩；弱排水桩；应力集中效应：复合模型ComputationalTheoryandNumericalAnalysisforConsolidationandDeformationofCompositeFoundationABSTRACTThesettlementinducedbyconsolidationofcompositefoundationisoneoftheimportantitemsmatm

5、ustbeconsideredindesignofsuchfoundation．anditsreasonableevaluationhasbeenbecomingaproblemdeeplyconcemedbyengineers．However,therelevantstudywasrarelyreported．Inthisdissertation．theconsolidationanddeformationproblemofcompositefoundationwasstudiedbothbyanalyticalmethodandbv

6、FEM．Themainworkincludes：1．Onthebasisofanalyzingdatafromseveralfieldtests，assnmptionwasproposedforthedistributionofsidefrictionalongcolumnunderrigidraft，andsettlementsofcolumnandsoilinthecompositefoundationwithsinglecolumnwereanalyzedbytotallystressmethod．Thecorresponding

7、computerprogramwasdevelopedatthesametime．2．BasedonBiot’stheory,thebasicequationsandsolutionconditionswereestablishedfortheconsolidationproblemof血ecompositefoundationwithsinglecolumnconsideringsoil．columninteractionswhenloadwasappliedonthetopofcolumnonlyorappliedontlletop

8、ofbothcolumnandsoil，andthesolutionfordeformationsofsoilandcolumnwereobtainedintheformsofLaplaceandHanke