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《考虑应力集中效应的散体材料桩复合地基固结解析分析_王瑞春》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、Vol.17No.5科技通报第17卷第5期Sep.2001BULLETINOFSCIENCEANDTECHNOLOGY2001年9月考虑应力集中效应的散体材料桩复合地基固结解析分析王瑞春,谢康和(浙江大学岩土工程研究所,浙江杭州310027)摘要:提出了考虑应力集中效应的散体材料桩复合地基固结数学模型,给出了相应的解析解,并探讨了此类复合地基固结的一般规律L沿用已有理论进行计算得到的平均固结度较本文理论的计算结果偏小L关键词:散体材料桩;复合地基;固结;应力集中效应;等应变;解析解+中图分类号:TU471.8;TU47
2、2.32文献标识码:A文章编号:100127119(2001)05200262060前言散体材料桩(如砂桩、碎石桩等)地基处理技术已得到广泛的应用,此类复合地基固结理论[1,2]的研究也日趋深入L综合国内外现有研究成果,尚无能够较好体现此类复合地基自身特点的固结理论L因此,复合地基固结理论仍有待完善和发展L[3～6]在传统的竖井地基固结理论中,作用于地基上的外部荷载假定全部由地基土承担,即不考虑竖井的刚度L与竖井地基相比较,散体材料桩复合地基具有一些不同的特点,如由于桩体具有较大刚度,应分担部分外加荷载;由于施工上的一
3、些原因,其涂抹区的扰动程度要大于竖井地基,因此仍假定涂抹区土体的压缩模量和竖向渗透系数与未扰动区相同是不恰当的;因桩径比较小,桩体在整个复合地基中占有较大比重,在计算平均固结度时不将桩体内的孔压考虑在内是不恰当的,等等L上述特点的某些方面,Yoshikuni曾经有所提及,称之为应力集中效[4]应,并就特定边界条件用有限差分法进行了分析L本文加以引申,将上述特点统称为散体材料桩复合地基的应力集中效应L在前人研究的基础上,笔者考虑了应力集中效应这一特点,提出了新的数学模型,并给出了相应的解析解L通过计算分析,探讨了此类地基
4、固结的基本性状,并与已有理论进行了比较,得出了一些有意义的结论L收稿日期:2000212204作者简介:王瑞春,男,1974年生,广西玉林人,博士生.第5期王瑞春等.考虑应力集中效应的散体材料桩复合地基固结解析分析271数学模型1.1计算简图图1中,H为粘土层厚度;khn、kvn分别为天然地基未扰动区水平向及竖向渗透系数;khs、kvs分别为涂抹区水平向及竖向渗透系数;kw为桩体渗透系数;En、Es、Ew分别为未扰动区、涂抹区土体和桩体的压缩模量;rw为散体材料桩半径;rs为涂抹区半径;re为排水影响区半径;q0为瞬时
5、施加的均布荷载;r、z分别为径向及竖向坐标L排水条件为PTIB,即顶面排水,底面不排水L1.2固结方程除了以下三点外,其余基本假定同文献[2]L1)同一深度处桩体与地基土体的竖向变形相等;2)复合地基竖向固结部分考虑整个地基任一深度的平均孔压(包括桩体);图1散体材料桩复合地基计算简图3)考虑未扰动区、涂抹区土体与桩体压缩模量的区别L由平衡条件及基本假定,有22)2222P(re-rsõRn+P(rs-rw)õRs+PrwõRw=Preõq0(1)Rn-unRs-usRw-uw===Ev(2)EnEsEw由式(1)、式
6、(2)可得5Ev15u=-(3)5tEc5t基本固结方程为22ks15us5uskv5u5Ev-+2-2=rw≤r≤rs(4a)Cwr5r5rCw5z5t22kh15us5unkv5u5Ev-+2-2=rs≤r≤re(4b)Cwr5r5rCw5z5trrrwse1u=2∫2Pruwdr+∫2Prusdr+∫2Prundr(4c)Pre0rrws25uw2khs5us2=-(4d)5zrwkw5rr=rw222222n-ss-11n-ss-11其中,Ec=2En+2Es+2Ew,kv=2kvn+2kvs+2kw,nnnn
7、nn222n-ss-11u=2un+2us+2uwLnnn1.3求解条件28科技通报17卷5unr=re=0(5a)5r5us5unr=rsus=un,khs=khn(5b)5r5rr=rwus=uw(5c)z=0uw=0,u=0(5d)5uw5uz=H=0,=0(5e)5z5zt=0u(z)=u0=q0(5f)以上方程式中,uw、us、un和Rw、Rs、Rn分别为桩体、涂抹区、未扰动区内任一点的孔压和任一深度的平均总应力;u、Ev为地基中任一深度的平均孔压和体积应变;un、us为未扰动区和涂抹区任一深度的平均孔压;n
8、=reörw,称为桩径比;s=rsörw;Ec为复合压缩模量,kv为平均竖向渗透系数Z2方程求解参照文献[1]和[6]的解法,可得到∞2DmM-#Tuw=u0∑sinzemh(6)MF+DmHm=1∞2222DmMnkhnrr-rw-#Tus=u0∑sinz2ln-2+Dmemh(7)m=1MF+DmHn-1khsrw2re∞22
