柔性基础下复合地基研究现状分析

软土柔性桩复合地基研究摘要：本文分析了软土地基处理中的复合地基临界桩长研究现状，通过路堤下复合地基数值模拟，揭示了复合地基临界桩长的客观存在性质，结合宁通公路K102+990断面处复合地基工程实例，通过平面有限元及半解析元数值分析方法，对临界桩长进行了一定程度的探讨。

关键词：路堤复合地基沉降临界桩长数值分析1. 引言复合地基是软土地基处理的一种重要方法，目前已广泛应用于高等级公路中的软基处理，临界桩长的大小是复合地基的一个重要问题，确定复合地基所需的桩长，使其一方面满足工程需要，又不使其超过临界桩长而造成浪费，这一直是工程实际中极为关注的问题，本文就是针对这一问题，对路堤荷载下的复合地基临界桩长的存在与大小而进行的研究。

临界桩长的概念可以从荷载传递和地基变形两方面来分析；地基中的可压缩桩当桩增加到某一数值时，存在着某一深度，在这个深度以下的桩侧摩阻力近似为零，即当桩长超过该深度时，桩长再增加，不能提高桩的竖向承载力；从变形考虑也存在临界桩长，达到临界桩长后，增加桩长，基本上不能再减小沉降量；这两种定义的临界桩长概念是不同的。

影响临界桩长的因素有多种,本文试图从变形定义的概念，对路堤下复合地基临界桩长进行探讨。

2. 复合地基临界桩长的研究现状复合地基临界桩长影响因素很多，目前定性与定量的研究工作均处于探索之中。

顾尧章、周焕乔【1】曾从承载力的概念出发，利用罗惟德单桩计算公式【2】，得到了水泥搅拌桩的临界桩长计算公式：上述三个公式都是在单桩顶部竖向加荷条件下导出的，而复合地基的最大特征就是桩土共同承担上覆荷载，且桩与土及桩与桩均存在着相互作用与影响，故这三个公式只能在一定程度上说明临界桩长存在这一性质，但不能适用于复合地基实际临界桩长的计算。

张忠坤、殷宗泽、曹正康【6】根据不同荷载分布状况下的单桩与复合地基的数值模拟分析，揭示出了复合地基临界桩长与荷载分布形式及桩土模量比的密切关系，对于相同条件下的复合地基，临界桩长不仅随桩土模量比的增大而增大，而且随着复合地基上覆荷载面积的增大而增大。

复合地基处理技术的研究与进展文章大致介绍了复合地基技术的研究现状和进展，分析当前存在的复合地基种类和相应产生的作用，并据此提出复合地基处理技术未来的发展方向和建议。

标签：复合地基技术；研究现状；作用分析；发展方向1 引言复合地基是对天然地基进行地基处理，使其部分土体强度得到增强，或被置换，或在其中设置加筋材料而形成的人工地基。

复合地基包括基体和增强体两部分作为加固区，共同承担荷载的作用。

根据荷载传递机理将复合地基分成竖向增强体复合地基和水平向增强复合地基两类，又把竖向增强体复合地基分成散体材料桩复合地基、柔性桩复合地基和刚性桩复合地基三种。

为了节约成本，增强承载力，大多数工程在建设中都会使用复合地基技术进行地基处理。

2复合地基技术的研究现状及进展复合地基技术在上个世纪30年代起源于欧洲，到60年代由日本研究人员提出复合地基的基本是由桩土共同承担上部荷载，并建立散体桩复合地基模型。

到世纪末期，我国学者提出刚性桩和柔性桩的复合地基种类，具体是按照桩身的压缩变形对桩身承载力和沉降性产生影响的因素来划分的。

复合地基一般分为水泥土搅拌桩复合地基、高压喷射注浆桩复合地基、砂桩地基、振冲桩复合地基、土和灰土挤密桩复合地基、水泥粉煤灰碎石桩复合地基及夯实水泥土桩复合地基。

在实际施工时，地基处理技术的选择要按照施工地点的土质情况以及施工技术和资金等因素综合考虑，选择最适合的地基处理技术，同样复合地基的处理方式也要参照地区的土质情况设定。

复合地基有多种分类方式，按照成桩材料分为散体土类桩（由砂、石块等散体材料制作而成，受到周围土层的约束而逐渐形成桩体，其承载力的大小取决于桩周围土层的侧向约束力和桩体材料的内向摩擦角）、水泥土类桩（水泥土搅拌桩、旋喷桩等）和混凝土类桩（CFG桩、树根桩等）。

按照桩体刚度分为刚性桩（混凝土类桩）、半刚性桩（水泥土类桩）和柔性桩（散体土类桩）；其具体是按照桩身的压缩变形对桩身承载力和沉降性产生影响的因素来划分的。

复合地基应用进展和发展趋势复合地基是指将两种或两种以上的材料组合在一起形成地基结构。

它不仅可以充分发挥各种材料的优势，还可以有效地解决地基处理中的一些问题，因此在地基工程中得到了广泛的应用。

本文将分析复合地基应用的进展和发展趋势。

首先，复合地基在解决地基处理中的问题方面取得了显著的成效。

传统的地基处理方法往往只能解决单一的问题，而无法解决多种问题的综合处理。

而复合地基可以将各种材料的优势进行有效的组合，从而解决多种问题，例如提高承载能力、减小沉降、增加抗液化能力等。

其次，复合地基的施工方法得到了不断的改进和创新。

传统的地基处理方法往往需要大量的人力和物力，而且施工周期较长，给现场施工带来了许多不确定性。

而复合地基施工方法的改进和创新，可以大大缩短施工周期，减少人力和物力的投入，并且可以实现现场施工的自动化和智能化。

再次，复合地基应用范围的扩展，使得其应用领域更加广泛。

最初，复合地基主要应用于工程地基处理中，如土石方工程、地铁工程等。

随着研究的深入，复合地基的应用范围逐渐扩展到其他领域，如环境工程中的土壤污染治理、水利工程中的抗渗防渗等。

最后，复合地基应用技术的不断成熟和推广，为其应用提供了可靠的技术支撑。

随着科技的不断进步，复合地基应用技术已经趋向成熟，并且得到了广泛的推广和应用。

各种新材料的研发和应用，使得复合地基的性能更加优越，施工方法更加先进，应用效果更加显著。

在复合地基应用的发展趋势方面，可以预见以下几个方向：首先，在材料方面，复合地基将更多地采用新型材料，如聚合物材料、纳米材料等。

这些新型材料具有更好的性能和更高的稳定性，可以进一步提高复合地基的各项指标。

其次，在施工方法方面，复合地基将更多地采用自动化和智能化的施工设备，提高施工效率和减少人力投入。

同时，更加注重施工过程中的环境保护和安全性，减少对周边环境的影响。

再次，在应用领域方面，复合地基将逐渐涉足更加复杂的工程领域，如海上工程、软土地基等。

概述当天然地基不能满足建（构）筑物对地基的要求时，需要进行地基处理，形成人工地基，以保证建（构）筑物的安全和正常使用。

柔性基础复合地基与以往所说的复合地基的区别在于基础刚度的不同，而判别基础是刚性或者是柔性，采用的标准是基础的抗弯刚度EI。

柔性基础复合地基正在各类工程中广泛应用，具有极其广泛的前景。

但是，由于柔性基础复合地基的不确定因素多、问题复杂及难度大，人们对它的认识还不够，因而造成了柔性基础复合地基在实际应用中的工程隐患和浪费。

因此，有必要对柔性基础复合地基的承载特性作进一步的研究，使理论研究与实际相吻合并指导实践，从而达到安全适用、经济合理的目的。

在总结前人的理论研究和现场具体工程试验成果的基础上，利用MARC 大型有限元软件，对柔性基础复合地基的地基沉降特性进行数值模拟，得出柔性基础复合地基承载特性的影响因素及其随影响因素变化而变化的规律，并在此基础上对柔性基础复合地基的承载特性进行研究，使所得结论对柔性基础复合地基的设计与施工有一定参考价值。

计算模型计算模型及参数本文所采用的有限元计算模型是以公路软土地基粉喷桩法处理试验段为背景，对实际的现场条件作一些简化处理。

其地层分布从上到下为：淤泥质粘质粉土，层厚10m，容许承载力70kPa；粘质粉土，层厚10m，容许承载力120kPa；深厚粉质粘土，容许承载力200kPa。

有限元计算模型示意图如图1。

有限元分析过程中所使用的材料物理力学基本参数见表1。

沉降影响因素桩土模量比K的影响复合地基中桩体的模量是影响复合地基的最主要因素之一，当桩体模量变化时，复合地基的变形将发生很大的变化。

分别取K＝10～1000间不同桩土模量比的柔性基础复合地基进行计算，计算中保持土体模量不变而不断改变桩体模量。

计算结果如图2所示。

由图2可以看出：复合地基的总沉降随着K的增大而减小，并且在K值较小时，K值的变化对复合地基沉降的影响很大；而当K达到一定值以后，K值的变化对复合地基的沉降影响很小。

第28卷第5期 岩 土 力 学 V ol.28 No.5 2007年5月 Rock and Soil Mechanics May 2007收稿日期2005-07-11 修改稿收到日期2005-10-17基金项目浙江省建设厅建设新技术新产品研制和推广项目No. 0537浙江大学汤永谦学科建设发展基金资助项目作者简介谢新宇男1969年生博士教授主要从事软黏土土力学及地基处理方面的教学和科研工作E-mail: xiexinyu@文章编号10007598(2007) 05087706刚柔性长短桩复合地基性状分析谢新宇1杨相如1施尚伟1, 2朱向荣1, 31.浙江大学 岩土工程研究所杭州 3100272.浙江城建建筑设计研究院杭州 3100033.浙江大学 宁波理工学院宁波315100摘 要对刚柔性长短桩复合地基的工程性状进行了分析研究利用有限元方法对不同的垫层模量垫层厚度短桩模量及长桩长度对长短桩复合地基的总沉降长短桩应力比和长短桩桩身应力所产生的影响及规律进行了分析结果表明优化材料参数可以较好地改善长短桩复合地基的受力性状使基础受力更合理另外长桩的存在可有效减小地基沉降值结合对温州某小区该类型地基埋设压力盒的现场监测分析了实际工程中刚柔性长短桩复合地基的应力比和土压力的发展规律其结果可为该类型复合地基的设计和应用提供参考 关 键 词刚柔性长短桩复合地基有限元沉降桩土应力比中图分类号TU 472.5 文献标识码AEngineering characteristics of composite foundation withrigid-flexible and long-short pilesXIE Xin-yu 1, YANG Xiang-ru 1, SHI Shang-wei 1, 2, ZHU Xiang-rong 1, 3(1. Institute of Geotechnical Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China; 2. Zhejiang Chengjian Building Design Institute,Hangzhou 310003, China; 3.Ningbo Institute of Technology, Zhejiang University , Ningbo 315100, China)Abstract: The engineering characteristics of composite foundation with rigid-flexible and long-short piles are studied. By using the finite element method, the effects of cushion modulus, cushion thickness, short pile modulus, and long pile length on the total settlement of composite foundation, the stress ratio of long-short pile, and the axial stress of long-short pile are discussed respectively. The results show that the engineering characteristics of composite foundation can become more reasonable by optimizing material parameters; and long pile can effectively reduce settlement of composite foundation. Based on the in-situ measurement of pressures in soil and piles of a practical engineering in Wenzhou City, stress ratio of pile to soil and pressures in the process of construction are analyzed. Some conclusions are provided as references for future design and application of this kind of composite foundation. Key words: composite foundation with rigid-flexible and long-short piles; finite element; settlement; stress ratio of pile to soil1 引 言长短桩复合地基是近几年被工程界广泛应用的一种较新的地基处理形式它一般由刚性长桩与柔性短桩复合而成刚性桩可以减少基础的沉降提高基础的承载力及作为承载力的安全储备长桩则主要用来提高基础的承载力这样刚柔性桩相结合对地基的综合处理可以发挥其各自特点并在确保地基处理效果的前提下达到方案合理节约投资缩短工期等目的长短桩复合地基的理论研究则落后于实践到目前为止对长短桩复合地基的基本机理和工程性状的认识还不够深入和全面尚未形成比较完善的设计理论和计算方法郑俊杰葛忻声等[1, 2]曾提出一些长短桩复合地基的承载力和沉降计算方法但目前工程中较多地还是依据地基处理规范中将短桩等效为长桩间的桩间土来进行设计计算是一种半经验半理论的方法较难合理反映长短桩复合地基的工程性状[3]刘海涛等[4]采用现场大型载荷试验研究了刚柔性桩复合地基性状但没有进行相应的数值分析研究为更好地推广该地基处理技术必须对它的工程性状进行系统地研究本文通过有限元分析并对温州某小区多层住宅此类地基的现场监测对该类复合地基性状做进一步分析万方数据岩 土 力 学 2007年2 有限元计算模型的建立本文所用的大型有限元软件ABAQUS 具有较强的非线性分析功能但在岩土工程带有固结问题方面的应用还不多为验证其在复合地基应用中的有效性计算了天然地基一维线性加载固结问题并与解析解进行了对比经分析可知有限元解答和理论解析解吻合得很好证明了该软件分析带有时间效应的复合地基固结问题的正确性(a) 平面图(b) 立面图图1 有限元计算模型Fig 1 Model of finite element analysis2.1 模型的建立建立长短桩复合地基的三维弹塑性有限元模型如图1所示计算时桩间土采用Drucker-Prager 模型而承台垫层和刚柔性桩则采用线弹性模型严格来说这些材料是具有非线性性质的本文探讨的是分析各参数变化对该类型复合地基性状影响的规律但在常规荷载下其塑性作用范围小非线性表现并不明显用弹性分析不会改变其内在规律性由于桩土材料性质的差异在桩土接触面设立库仑摩擦模型以描述在一定受力条件下有可能在其接触面产生的滑移或开裂基础的外荷载为100 kPa 加载时间为25 d 后期恒载固结时间为100 d 共125 d2.2 参数的选择基本模型设为模型1所有的影响因素对比分析均以其为参照主要参数承台弹性模量E =2.8×104 MPa泊松比µ=0.2垫层E =30 MPaµ=0.25长桩周围土压缩模量s E = 3.5 MPa 渗透系数v k =10-9 m/s µ=0.35长桩以下土s E = 4.5 MPa v k =10-9 m/s µ=0.3长桩E =2.8×104 MPa µ= 0.2长度h =35 m 短桩E =100 MPa µ=0.2h = 15 m3 有限元结果分析3.1 垫层模量对复合地基性状的影响根据常用垫层材料取垫层模量分别为103050 MPa 和80 MPa其他参数同模型13.1.1 对总沉降和长短桩应力比的影响图2为沉降随垫层模量的变化曲线可见总沉降随着垫层模量的增加而降低在垫层模量从1080 MPa 的变化过程中沉降值减少到最大值的0.6倍左右垫层的刚度大小对长短桩复合地基的 沉降影响较大垫层模量达到40 MPa 后曲线逐渐趋于平缓显然存在一个优化设计的问题从图3随垫层模量曲线可以看出加载期间长短桩应力比随着荷载的增加而增大恒载固结期间应力比值变化不大曲线基本与坐标横轴平行对于不同的垫层模量长短桩应力比则随着垫层模量的增大而增大图2 沉降随垫层模量变化曲线Fig.2 Settlement vs. cushion modulus curves图3 长短桩应力比随垫层模量变化曲线Fig.3 Stress ratio of long-short piles vs. cushionmodulus curves878 万方数据第5期 谢新宇等刚柔性长短桩复合地基性状分析3.1.2 对长短桩桩身轴力的影响图4和图5分别为复合地基固结完成后桩身轴力随垫层模量和深度变化曲线可以看出垫层模量较小时长桩桩身轴力在任意深度均小于垫层模量较大者这说明降低垫层模量可沿全桩减缓长桩应力集中程度同时随着垫层模量的增大位于长桩桩顶下某一深度的最大应力也逐渐减少短桩的桩身轴力变化情况则刚好与刚性桩相反图4 短桩桩身应力随垫层模量变化曲线 Fig.4 Stress of short-pile vs. cushion modulus curves图5 长桩桩身应力随垫层模量变化曲线Fig.5 Stress of long-pile vs. cushion modulus curves3.2 垫层厚度对复合地基性状的影响垫层厚度分别为0.80.60.40.2 m 和0无垫层其他参数同模型1图6和图7分别为垫层厚度变化对沉降和长桩桩身应力的影响曲线可以看出无垫层时复合地基总沉降较有垫层时要小长桩桩身轴力较有垫层时要大的多短桩则刚好相反这是因为无垫层时基础由桩土共同受力的复合地基变为传统的桩基础形式因而基础的受力性状发生了很大的变化[5]有垫层时总沉降随着垫层厚度的增加而减少但其值变化不大曲线较平缓长桩桩身轴力则随着垫层厚度的增加而减少但曲线形状相似其值变化较小长短桩应力比桩土应力比及柔性桩桩身轴力受垫层厚度的变化影响较小这里不予讨论与垫层模量的变化相比垫层厚度对长短桩复合地基性状的影响要小一些图6 沉降随垫层厚度变化曲线Fig.6 Settlement vs. cushion thickness curves图7 长桩桩身轴力随垫层厚度变化曲线Fig.7 Stress of long-pile vs. cushion thickness curves3.3 短桩模量对复合地基性状的影响选取短桩模量E =60 MPa 和E =100 MPa 为 柔性桩选取E =280 MPa 为半刚性桩选取E = 2 800 MPa 和E =28 000 MPa 为刚性桩分析不同模量的短桩对复合地基性状所产生的影响分析结果见图8图8 沉降随短桩模量变化曲线Fig. 8 Settlement vs. short-pile modulus curves879 万方数据岩土力学 2007年由图8可见在柔性桩半刚性桩范围内短桩模量的变化对沉降的影响很小曲线非常平缓从图9可以发现随着短桩模量增加长桩桩身轴力开始减少而且桩身上部的受力开始均匀减少了沿深度方面的应力集中由图10可知短桩模量增加使长短桩应力比值减少当短桩模量和长桩相同时应力比接近1.4因而可知材料刚度对复合地基的应力分配有密切关系[6]短桩模量变化对长桩桩身轴力和长短桩应力比值的影响较大图9 长桩桩身应力随短桩模量变化曲线Fig.9 Axial stress of long-pile vs. short-pilemodulus curves图 10 长短桩应力比随短桩模量变化曲线Fig. 10 Stress ratio of long-short pile vs. short-pilemodulus3.4 长桩长度对复合地基性状的影响选取长桩长度分别为15 m与短桩长度相同25 m和35 m进行分析长短桩复合地基中长桩的作用主要是减少沉降提高承载力及作为承载力的安全储备从图11可看出长桩长度的变化对复合地基沉降的影响较显著长短桩应力比短桩桩身轴力等受长桩长度变化的影响不大限于篇幅这里不再展开讨论图11 总沉降随长桩长度变化曲线Fig. 11 Settlement vs. long-pile length curves4 工程监测成果分析笔者曾对温州某康居工程小区进行现场监测该小区多层住宅采用长短桩复合地基基础其中长桩为φ400 mm预应力薄壁管桩壁厚55 mm桩长35 m短桩为水泥搅拌桩桩径为600 mm桩长15 m现场监测选定其中的3个承台分别记为1# 2# 和3#对承台下的桩顶压力及土压力等进行了长期监测现场试验桩位及压力盒埋设位置见图12承台及垫层构造如图13所示监测日期从一层结顶历时35 d到顶层结顶历时120 d后180 d 总监测时间超过300 d图12 承台桩位及压力盒布置图(单位: mm)Fig.12 Pile foundation cap and pressure-meters(unit: mm)图13 承台及垫层构造简图(单位: mm)Fig.13 Sketch of foundation cap and cushionstructure(unit: mm)880 万方数据第5期 谢新宇等刚柔性长短桩复合地基性状分析4.1 长短桩复合地基现场监测结果分析 4.1.1 现场测试孔压和桩土压力分析本文选取较有代表性的测试成果列于图14表明搅拌桩上的压力和桩间土的压力都随着时间的增长而增加曲线比较平缓加载期间管桩上压力值随时间变化较大曲线较陡可见随着外荷载的增加和固结沉降的产生刚性管桩所承受外荷载的比例逐渐增大这与长短桩地基中长桩作为承载力储备设计思想较为一致在该工程中取得了较好的效果从图中亦发现固结后期桩土压力都比较稳定表明地基已进入应力稳定阶段图14 承台下压力随时间变化曲线Fig.14 Pressures of piles and soil vs. time curves4.1.2 桩土应力分担比分析施工监测过程中得到了两种桩之间及两种桩与土之间的应力比随施工进程的变化情况如图1517所示由图17的曲线趋势可知管桩和搅拌桩的应力比随荷载的增加而逐渐增加但其增加速度较慢曲线比较平缓与前面有限元分析中任意材料参数下长短桩应力随时间变化时其值变化不大的结果较吻合图17亦表明荷载变化对两种桩之间的应力比例变化较大管桩虽然数量较少但其应力分担值较大不仅有控制沉降的作用而且在提高承载力方面也很大的贡献柔性搅拌桩应力比随着施工过程荷载的增大而增大但是上部结构荷载施加结束后应力比趋于稳定并稍有减少图15中2#和3#承台后期的应力比变化较快这可能与承台下各桩中的压力盒埋设时桩管内混凝土未真正填实有关从图15和16的曲线趋势中亦可以看出在施工过程中两种桩和土的应力比随着结构荷载的增加而增加图15 施工过程中管桩和土应力比变化曲线Fig.15 Stress ratio of tubular pile vs. soil curves图16 施工过程中搅拌桩和土应力比变化曲线 Fig.16 Stress ratio of cement mixing pile vs. soil curves图17 施工过程中管桩和搅拌桩应力比变化曲线 Fig.17Stress ratio of tubular pile vs. cementmixing pile curves5 结 论1长短桩复合地基采用短桩来提高地基的承载力利用长桩来控制地基沉降通过调整长桩的变形及模量最大限度地发挥桩周土及短桩的承载力减少了长桩的数量作为一种地基处理新技术有很大的应用前景2由有限元分析得知长短桩复合地基中垫层的存在调整了桩土应力比更充分地发挥了复-0.10.30.71.11.5时间/ d应力/ M P a881 万方数据岩土力学 2007年合地基中柔性短桩和土的承载力特性同时也减少了沿长短桩深度方向的应力集中及长短桩的桩身压缩量3通过有限元分析发现优化长短桩复合地基中承台和长短桩的材料参数可有效地减少总沉降并充分的发挥桩土承载力使基础受力更合理在实际工程中应根据实际情况优化设计以达到节约投资缩短工期等目的4通过不同材料参数的有限元分析可知材料参数和外荷载水平对长短桩应力比值影响较大而随地基固结沉降其值则变化不大这与现场监测分析结果较吻合参考文献[1] 郑俊杰, 区剑华. 多元复合地基的理论与实践[J]. 岩土工程学报, 2002, 24(2): 208212.ZHENG Jun-jie, QU Jian-hua. 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Transactions on AmericanSociety of Mechanical Engineerings Journal ofApplied Mechanics, 1983, 105: 1 010 1 020.882万方数据刚柔性长短桩复合地基性状分析作者：谢新宇， 杨相如， 施尚伟， 朱向荣， XIE Xin-yu， YANG Xiang-ru， SHI Shang-wei， ZHU Xiang-rong 作者单位：谢新宇,杨相如,XIE Xin-yu,YANG Xiang-ru(浙江大学,岩土工程研究所,杭州,310027)， 施尚伟,SHI Shang-wei(浙江大学,岩土工程研究所,杭州,310027;浙江城建建筑设计研究院,杭州,310003)， 朱向荣,ZHU Xiang-rong(浙江大学,岩土工程研究所,杭州,310027;浙江大学,宁波理工学院,宁波,315100)刊名：岩土力学英文刊名：ROCK AND SOIL MECHANICS年，卷(期)：2007,28(5)被引用次数：2次1.龚晓南复合地基理论及工程应用 20022.LIANG Fa-yun;CHEN Long-zhu;SHI Xu-guang Numerical analysis of composite piled raft with cushion subjected to vertical load[外文期刊] 2003(02)3.刘海涛;谢新宇;程功刚柔性桩复合地基试验研究[期刊论文]-岩土力学 2005(02)4.陈龙珠;梁发云;严平带褥垫层刚-柔性桩复合地基工程性状的试验研究[期刊论文]-建筑结构学报 2004(03)5.葛忻声;龚晓南;张先明长短桩复合地基有限元分析及设计计算方法[期刊论文]-建筑结构学报 2003(04)6.郑俊杰;区剑华多元复合地基的理论与实践[期刊论文]-岩土工程学报 2002(02)1.郭弘.李勐勋.王昆勇.郭院成刚性长短桩复合地基竖向传力机制研究[期刊论文]-河南科学 2010(11)2.代国忠.李文虎.林道富长短桩组合多元复合桩基技术的应用研究[期刊论文]-岩土力学 2008(z1)本文链接：/Periodical_ytlx200705006.aspx。

柔性基础下复合地基的工作形状分析的开题报告一、选题背景在土力学领域中，复合地基是一种新兴的地基结构形式。

与传统的基础结构相比，复合地基在工程实现上更加灵活，可适应不同环境下的基础需求。

而柔性基础则是一种具有一定弹性的地基系统，其特点是在负荷作用下产生相对较大的沉降量，而无需深挖坑基础。

因此，研究柔性基础下复合地基的工作形状，对于提高地基的承载能力和稳定性具有重要的理论和工程实践意义。

二、研究内容本研究旨在对柔性基础下复合地基的工作形状进行分析研究，重点包括以下内容：1. 探究柔性基础下复合地基的荷载传递机理及其承载能力水平。

2. 分析柔性基础下复合地基的沉降特性及相应的地表变形规律。

3. 通过数值模拟和试验研究，验证柔性基础下复合地基的工作形状。

三、研究方法本研究将采用以下研究方法以完成上述研究内容的达成：1. 基于理论分析，探究柔性基础下复合地基的荷载传递机理及其承载能力水平。

2. 借助数值模拟方法对柔性基础下复合地基的工作形状进行研究。

3. 采用现场试验手段验证数值模拟结果，为实际工程提供可靠的理论依据。

四、预期成果本研究预期达成以下成果：1. 揭示柔性基础下复合地基的荷载传递机理及其承载能力水平。

2. 确定柔性基础下复合地基沉降的规律和地表变形特点。

3. 实现柔性基础下复合地基工作形状的数值模拟和现场验证，为该结构形式在工程上的应用提供参考和建议。

五、研究意义本研究通过对柔性基础下复合地基的工作形状分析，探讨了该结构形式的承载能力和沉降特性等重要问题，对于优化地基工程设计、提高地基承载能力和稳定性具有极大的应用价值和实际意义。

刚性基础与柔性基础下复合地基模型试验对比研究吴慧明 龚晓南(浙江大学)摘　要　通过设计和完成刚性基础与柔性基础下水泥搅拌桩复合地基模型对比试验,得出两者在桩体荷载集中系数、桩土荷载比、桩土应力比等方面的显著差异,并对两者的破坏机理等进行了研究。

关键词　复合地基　柔性基础　刚性基础　模型试验　破坏性状中图分类号:TU434 文献标识码:A 文章编号:1000-131X (2001)05-0081-041　前 言钢筋混凝土承台基础(刚性基础)下水泥搅拌桩复合地基,其单桩承载力、沉降变形、桩土应力比等性状已进行过大量试验研究,有许多成果;柔性基础(如公路路基)下复合地基的性状,试验难度大,研究成果甚少,目前一般将刚性基础下的研究成果应用到柔性基础的设计中,已暴露出许多问题。

如现有沉降变形理论应用到公路路基下时,计算值与观测值的差异常有数倍之多。

笔者通过模型试验对两者差异进行了研究,得出许多有价值的结论。

2　试验概况试桩施工:在挖除硬壳层的土层中,用 120钢管静压入土2m ,取土成孔; 10钢筋下焊 120厚10mm 铁板,外套 20PVC 管置入孔中;烘干的粘土中掺入18%水泥,等分倒入孔中,分层夯实。

桩长范围内及以下为淤质粘土,E s1—2=3.56MPa 。

主要测试设备:1)特制 120、中孔 20、高100mm 、量程50kN 荷重传感器一只,精度0.001kN ,外接JC -H2荷重显示仪。

荷重传感器直接置于桩头测读桩所受的荷载,安装方便、精度高,远优于土压力计。

2)量程500kN 荷重传感器及HC -J1荷重显示仪两套,用于柔性基础试验。

3)量程50mm 百分表4只,15、30、60kg 钢锭若干。

主要测试内容:1)原状土承载力试验,采用275mm ×275mm 刚性载荷板。

2)单桩竖向抗压承载力试验。

3)刚性基础下复合地基承载力试验,置换率m =15%,桩径 120,刚性载荷板采用275mm ×收稿日期:2000-05-21275mm 铁板,见图1)柔性基础下复合地基承载力试验,特制底宽275mm 、高1500mm 、顶宽900m m 正台形木斗,试验安装方法见图2。

柔性基础下复合地基解析分析方法现状研究
徐静;俞建霖;郑伟
【期刊名称】《地基处理》
【年(卷),期】2006(017)003
【摘要】随着复合地基技术的广泛应用，刚性基础下复合地基性状分析已有较完善的理论和方法，而柔性基础下复合地基的理论研究相对还不成熟，且远远滞后于工程应用。

本文对目前柔性基础下复合地基的解析法研究现状进行概括，并指出目前在解析法研究柔性基础下复合地基中存在的不足及需要加以改进的地方；分析了柔性基础下复合地基的荷载传递机理；并提出了综合考虑柔性基础一垫层一复合地基一下卧层土体四者共同作用的解析分析模型，可供后续开展柔性基础下复合地基解析法分析的研究人员参考使用。

【总页数】8页(P3-10)
【作者】徐静;俞建霖;郑伟
【作者单位】温州生态园管委会,温州325000;浙江大学岩土工程研究所,杭州310027;杭州市建筑设计研究院,杭州310006
【正文语种】中文
【中图分类】TU476.1
【相关文献】
1.柔性基础下刚性桩复合地基沉降计算研究 [J], 高琼;赵桂娥
2.考虑桩体损伤的柔性基础下刚性桩复合地基中桩体受力及破坏特征分析 [J], 俞
建霖;王传伟;谢逸敏;张甲林;龚晓南
3.地表硬壳层对柔性基础下复合地基受力特性的影响分析 [J], 俞建霖;张甲林;李坚卿;龚晓南
4.柔性基础下复合地基理论在某事故处理中的应用 [J], 吕文志;俞建霖;龚晓南
5.柔性基础下复合地基工作性状的正交法分析 [J], 俞建霖;李坚卿;吕文志;龚晓南因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

柔性荷载下CFG桩复合地基沉降特性的数值模拟分析谢理民【摘要】根据甬台温客运专线具有代表性的断面,对影响客运专线铁路柔性基础下CFG复合地基变形的各种因素进行数值模拟分析.分析结果表明,桩身弹性模量小于3 GPa时,桩身弹性模量对复合地基沉降影响较大,桩身弹性模量达到3 GPa后,桩身弹性模量对复合地基沉降影响显著减小,当桩身弹性模量达到5 GPa后,复合地基沉降基本不受桩身弹性模量影响；路基垫层弹性模量小于50 MPa时,随着垫层弹性模量的增大,沉降量急剧减少,垫层弹性模量达到50 MPa后,垫层弹性模量基本不对复合地基的沉降产生影响；下卧土层压缩模量对复合地基的沉降影响比较大.%Numerical simulation is applied to analyze the settlement characteristics of CFG composite foundation under flexible loads of the high-speed railway from YongTaiWen in a representative cross section. According to the calculated results, when the elastic modulus of pile shaft(Ep) is less than 3 Gpa, the influence on the settlement of CFG composite foundation is great, when Ep is greater than 3 Gpa, the influence on the settlement decreases remarkably, when Ep is greater than 5 Gpa, the settlement of CFG composite foundation is almost not affected by Ep; when the elastic modulus of sub-grade cushion (Ec) is less than 50 Mpa, the settlements of CFG composite foundation decrease sharply with the increase of Ec, but when Ec is greater than 50 Mpa, the settlements of CFG composite foundation are almost not affected by Ec; The modulus of compression of underlying stratum has a great influence on the settlement of CFG composite foundation.【期刊名称】《武汉理工大学学报（交通科学与工程版）》【年(卷),期】2011(035)006【总页数】4页(P1174-1177)【关键词】柔性荷载;CFG桩复合地基;路基沉降;有限元【作者】谢理民【作者单位】中铁第四勘察设计院集团有限公司杭州分院杭州 310017【正文语种】中文【中图分类】TU473.10 前言甬台温客运专线设计车速250km／h，路基变形和工后沉降量要求严格，从而对路基处理的设计和施工质量提出了很高的要求.对于全段软土及可压缩性粘性土，根据不同土层的厚度及其物理力学指标、地面及基底横坡，和线路所处位置，按照无渣轨道的变形控制条件，共对全段14.207 km的软弱地基进行处理设计，设计的地基处理措施中包括CFG桩复合地基.高速铁路路基承担的荷载是由刚度很小的路堤传递的，为柔性基础下复合地基.目前国内外对于刚性基础下复合地基的工作性状已开展了较多的研究工作，但对基础刚度对复合地基性状的影响尤其是柔性基础下复合地基工作性状的研究工作较少［1－5］，对柔性基础下桩、土变形特性还缺乏全面的了解.本文取自甬台温客运专线具有代表性的断面进行数值模拟［6－9］，对影响CFG 复合地基变形的各种因素进行分析，为高速铁路应用CFG复合地基提供理论依据.1 计算模型根据断面设计图，取计算宽度大于4倍路基宽度，计算宽度为100m；桩长取20m，下卧土层10m，由于下伏基岩，计算深度取40m，岩土层分为4层.路堤高度2m，坡度1∶1.5，垫层厚度0.6m，作用荷载取200kPa.图1为计算模型简图.计算时土的本构模型采用Mohr－Coulomb模型，桩体混凝土采用线弹性模型，考虑桩土之间的相对滑动及土体和桩体的重力.地表面处节点自由，其它边界节点为铰支.图1 计算模型简图为了解垫层模量、桩身强度及桩底土层的压缩性对复合地基沉降特性的影响，取不同的方案进行计算.垫层模量分别取20，30，50，100，200和400MPa；桩身模量分别取1×103，3×103，5×103，1×104，2×104 MPa；桩底土分别取20，30，40，50MPa进行计算.2 CFG桩复合地基沉降特性数值模拟CFG桩复合地基沉降分布见图2，由图中可见，桩的上下两端存在明显的刺入变形，桩的上下两端附近的土层面沉降均呈V形分布.离路堤中线越近，加固区和下卧土层沉降越大.对于桩顶上刺变形，中心桩处最大，随着桩体远离路堤中线，其上刺量变小，但边桩处稍有反弹.路堤中线附近桩顶上刺变形比较均匀，在路堤边线附近桩顶上刺变形减小较快.对于桩底下刺变形，中心桩处下刺量最大，随着桩体与路堤中线距离的增加，总体上呈减小的趋势.图2 CFG桩复合地基沉降分布（竖向放大50倍）在桩身上部，土的位移大于桩的位移，故桩上作用有负摩阻力.由于中心桩桩土相对位移比边桩的大，则其“中性点”位置也要比边桩深.桩顶应力云图见图3，从图中可以看出，垫层在CFG桩顶形成了明显的土拱，正因为拱效应的存在使垫层承受的应力向桩顶集中，从而发挥桩的作用.图3 桩顶应力云图3 数值模拟结果分析3.1 身弹性模量对复合地基沉降的影响取中心桩的沉降作为代表，不同桩身弹性模量的模拟计算结果见图4，路基沉降与桩身弹性模量的关系曲线见图5.由图5可看出：（1）随桩身弹性模量的增大，路基沉降总体呈减少的趋势；（2）桩身弹性模量小于3GPa时，桩身弹性模量对复合地基沉降影响较大；（3）桩身弹性模量达到3GPa后，桩身弹性模量对复合地基沉降影响显著减小；特别当桩身弹性模量达到5GPa后，变化幅度仅为7.1%.说明在200kPa的荷载作用下，复合地基沉降基本不受桩身弹性模量影响.图4 不同桩身弹性模量的模拟计算结果图5 路基沉降与桩身弹性模量的关系曲线3.2 垫层弹性模量对复合地基沉降的影响取中心桩的沉降作为代表，不同垫层弹性模量的模拟计算结果见图6，路基沉降与垫层弹性模量的关系曲线见图7.由图7可看出：（1）随垫层弹性模量的增大，路基沉降总体呈减少的趋势；（2）垫层弹性模量小于50MPa时，随着垫层弹性模量的增大，沉降量急剧减少；（3）垫层弹性模量达到50MPa后，关系曲线基本成直线，说明在200kPa的荷载作用下，垫层弹性模量基本不对复合地基的沉降产生影响.3.3 桩底土压缩模量对复合地基沉降的影响图6 不同垫层弹性模量的模拟计算结果图7 路基沉降与垫层弹性模量的关系曲线同样取中心桩的沉降进行分析，下卧土层不同压缩模量的模拟计算结果见图8，路基沉降与垫层弹性模量的关系曲线见图9.由图9可看出：（1）随下卧土层压缩模量的增大，路基沉降量减少；（2）下卧土层压缩模量大于40MPa时，路基沉降量有变缓的趋势；（3）在200kPa的荷载作用下，当下卧土层压缩模量为20MPa时，路基中部的沉降明显出现差异，不均匀程度加大；下卧土层压缩模量大于30MPa时，路基中部的沉降相对较均匀.但总体来看，下卧土层的压缩模量对复合地基的沉降影响比较大.图8 下卧土层不同压缩模量的模拟计算结果图9 路基沉降与垫层弹性模量的关系曲线4 结论1）随桩身弹性模量的增大，路基沉降总体呈减少的趋势；桩身弹性模量小于3GPa时，桩身弹性模量对复合地基沉降影响较大；桩身弹性模量达到3GPa后，桩身弹性模量对复合地基沉降影响显著减小；特别当桩身弹性模量达到5GPa后，复合地基沉降基本不受桩身弹性模量影响.2）随垫层弹性模量的增大，路基沉降总体呈减少的趋势；垫层弹性模量小于50MPa时，随着垫层弹性模量的增大，沉降量急剧减少；垫层弹性模量达到50MPa后，垫层弹性模量基本不对复合地基的沉降产生影响.3）随下卧土层压缩模量的增大，路基沉降量减少；下卧土层压缩模量大于40MPa时，路基沉降量有变缓的趋势.但总体来看，下卧土层的压缩模量对复合地基的沉降影响比较大.参考文献［1］吴慧明，龚晓南.刚性基础与柔性基础下复合地基模型试验对比研究［J］.土木工程学报，2001（5）：81－83.［2］龚晓南，褚航.基础刚度对复合地基性状的影响［J］.工程力学，2003（8）：67－72.［3］张忠苗，陈洪，吴慧明.柔性承台下复合地基应力和沉降计算研究［J］.岩土力学，2004（3）：451－454.［4］何结兵，洪宝宁，丘国锋.高速公路CFG桩复合地基褥垫层作用机理研究［J］.岩土力学，2004，25（10）：1 663－1 666.［5］Alamgir M，Mjura N，Poorooshasb H B.Deformation analysis of soft ground reinforced by columnar inclusions ［J］.Computers and Geotechnics，1996（4）：267－290.［6］黄生根.CFG桩复合地基现场试验及有限元模拟分析［J］.岩土力学，2008，29（5）：1 275－1 279.［7］朱云升，郭忠印，丘作中.柔性基础复合地基桩土应力比的有限元分析［J］.武汉理工大学学报：交通科学与工程版，2004，28（1）：18－21.［8］冯淦清，何正文，洪宝宁.不良地质条件引起高速公路软基病害的分析与防治［J］.南京建筑工程学院学报，2002（4）：55－59.［9］王仙芝，郑俊杰，王龙飞.参数变化对多元复合地基承载力发挥系数的影响［J］.武汉理工大学学报：交通科学与工程版，2010，34（2）：427－430.。