本文以模型试验和数值模拟为基础，对传统复合地基及变刚度复合地基在竖向荷载作用下的力学性状进行分析研究，主要完成工作如下： 1.完成模型试验14组，对改变桩长和褥垫层厚度的单桩、群桩复合地基及变刚度复合地基在竖向荷载作用下的内力及变形进行了量测和记录，试验揭示了桩土相互作用、荷载传递过程、应力分布特点、沉降变形等规律。 2.利用ANSYS，系统地分析了不同桩长、桩径、桩体模量、加固区和下卧层土体模量、褥垫层厚度和模量等因素对复合地基力学性状的影响，对采用不同桩长的变刚度复合地基进行分析研究，为建立经验公式提供了必要数据。 3.针对群桩复合地基的差异沉降问题，进行了变刚度复合地基的必要性和方案研究。 4.提出了采用“桩体沉降法”来计算复合地基沉降的公式，该计算方法通过与模型试验结果和工程实测数据相比较，达到较高的精度，能直接应用于工程设计。在该沉降计算方法的基础上提出变刚度复合地基的沉降计算公式。 5.应用加权均值GM（1，1）模型对复合地基进行沉降预测，并与传统GM（1，1）模型相比较，具有更高的预测精度。

1 绪论

1．1 复合地基的定义、分类和形成条件

1．1．1 复合地基的定义

1．1．2 复合地基的分类

1．1．3 复合地基的形成条件

1．2 研究背景

1．3 复合地基效应与破坏模式

1．3．1 复合地基效应

1．3．2 复合地基破坏模式

1．4 复合地基的研究现状

1．4．1 试验研究

1．4．2 数值计算

1．4．3 复合地基承载力和沉降研究

1．4．4 变刚度理论研究

1．5 研究思想、方法和内容

2 模型试验设计

2．1 城市地下工程相似模拟试验系统介绍

2．1．1 模型箱体

2．1．2 加载系统

2．1．3 加载油路系统

2．1．4 数据采集系统

2．2 相似理论基础

2．2．1 相似理论概述

2．2．2 相似理论基础

2．2．3 相似定理

2．2．4 相似准则的导出

2．2．5 准则的判断和选择

2．2．6 物理相似模型试验设计的基本原则和设计步骤

2．3 模拟试验设计

2．3．1 罗列参数、求准则

2．3．2 试验内容

2．3．3 试验方案

3 模型试验结果及分析

3．1 单桩复合地基模型试验

3．1．1 p-s曲线

3．1．2 桩土应力比及荷载分担

3．1．3 桩身应力分布

3．1．4 桩侧摩阻力沿桩身分布

3．1．5 土体竖向应力沿深度分布

3．2 群桩复合地基模型试验

3．2．1 p-s曲线

3．2．2 桩土应力比及荷载分担

3．2．3 桩身应力分布

3．2．4 桩侧摩阻力沿桩身分布

3．2．5 土体竖向应力沿深度分布

3．2．6 差异沉降

3．3 变刚度复合地基模型试验

3．3．1 p-s曲线

3．3．2 桩土应力比及荷载分担

3．3．3 桩身应力分布

3．3．4 差异沉降

3．4 改变褥垫层厚度的复合地基模型试验

3．4．1 p-s曲线

3．4．2 桩土应力比及荷载分担

3．4．3 桩身应力分布

3．4．4 褥垫层对桩间土应力分布的影响

3．5 桩长、荷载对复合地基沉降的影响规律

3．5．1 单桩复合地基

3．5．2 九桩复合地基

4 数值模拟结果及分析

4．1 概述

4．2 ANSYS在土木工程中的应用

4．2．1 ANSYS简介

4．2．2 ANSYS在土木工程中应用介绍

4．3 有限元模型的建立

4．3．1 计算模型体系

4．3．2 单元划分

4．3．3 刚度矩阵的建立

4．3．4 方程组求解方法的选择

4．4 材料非线性的模拟

4．5 复合地基数值模拟分组方案

4．6 单桩复合地基数值模拟

4．6．1 桩长的影响

4．6．2 桩径的影响

4．6．3 桩身模量的影响

4．6．4 加固区土体压缩模量的影响

4．6．5 下卧层土体压缩模量的影响

4．7 褥垫层作用机理的数值模拟

4．7．1 褥垫层厚度的影响

4．7．2 褥垫层模量的影响

4．8 群桩复合地基数值模拟

4．8．1 桩长的影响

4．8．2 桩身模量的影响

4．8．3 加固区土体压缩模量的影响

4．8．4 下卧层土体压缩模量的影响

4．9 变刚度复合地基的数值模拟

5 实现变刚度复合地基的必要性与方案研究

5．1 控制沉降和差异沉降的重要性

5．2 差异沉降的产生

5．2．1 群桩中不同桩位的差异沉降

5．2．2 不同荷载下产生的差异沉降

5．2．3 桩体下不同下卧层的差异沉降

5．3 群桩复合地基应力场、位移场的分析

5．3．1 群桩复合地基应力场、位移场特点

5．3．2 群桩复合地基中桩、边桩、角桩应力场、位移场比较

5．4 实现变刚度复合地基的方案研究

5．4．1 改变桩长

5．4．2 改变桩径

5．4．3 改变桩体模量

5．5 变刚度复合地基应力场、位移场的分析

5．5．1 桩顶应力

5．5．2 负摩阻力和桩身**大应力

5．5．3 桩侧正摩阻力和桩端应力

5．6 变刚度调平设计的基本内容

5．6．1 变刚度调平设计的概念

5．6．2 天然地基箱基的变形特征

5．6．3 均匀布桩的桩筏基础的变形特征

5．6．4 均匀布桩的桩顶反力分布特征

5．6．5 碟形沉降和马鞍形反力分布的负面效应

5．6．6 变刚度调平概念设计

5．6．7 试验验证

5．6．8 工程应用

6 复合地基承载力和沉降计算

6．1 传统复合地基承载力计算

6．1．1 复合地基承载力计算模式

6．1．2 应力比公式

6．1．3 稳定分析法

6．1．4 粘结材料桩极限承载力计算

6．1．5 桩间土极限承载力计算

6．1．6 复合地基加固区下卧层承载力验算

6．2 传统复合地基沉降计算

6．2．1 复合地基沉降计算模式

6．2．2 加固区压缩量的计算方法

6．2．3 下卧层压缩量的计算方法

6．3 变刚度复合地基承载力计算

6．4 变刚度复合地基沉降计算

6．4．1 加固区压缩量的计算方法

6．4．2 下卧层压缩量的计算方法

6．5 桩体沉降法计算复合地基沉降

6．5．1 单桩复合地基

6．5．2 群桩复合地基

6．5．3 桩体沉降法与模型试验值检验

6．5．4 桩体沉降法与唐山会展中心广场沉降观测值检验

6．6 变刚度复合地基沉降计算经验公式推导

6．7 长短桩复合地基设计

6．7．1 长短桩复合地基适用范围

6．7．2 长短桩复合地基设计步骤

6．8 以沉降量为控制指标的复合桩基设计

6．8．1 桩土共同工作的客观现象中的主要特征

6．8．2 以沉降量为控制指标的复合桩基设计基本概念

7 应用灰色理论预测复合地基沉降

7．1 应用传统GM（1，1）模型进行沉降预测

7．1．1 传统GM（1，1）模型建立

7．1．2 模型精度的检验

7．1．3 预测分析

7．2 应用加权均值GM（1，1）模型进行沉降预测

7．2．1 加权均值生成

7．2．2 加权均值生成的性质

7．2．3 加权均值生成的逆运算

7．2．4 建模原理

7．2．5 预测分析

7．3 精度检验

参考文献 2100433B

出版社：中国建筑工业出版社

出版时间： 2016年6月1日

上架日期： 201606

征订号：28505

版次：第一版

页数：154

装帧：平膜

开本：小16开

印张：10.250

ISBN：978-7-112-19233-5

《刚性长短桩复合地基理论与工程应用》是作者多年研究成果的总结。全书以刚性长短桩复合地基基础体系为研究对象，采用基底沉降变形一致的基本假定，以单桩变形刚度、单桩复合地基变形刚度研究为基础，全面、翔实地介绍了长短桩复合地基中长桩、短桩及桩间土体的相互作用机制及其变形刚度计算理论。

《刚性长短桩复合地基理论与工程应用》可供岩土工程领域的科技人员及高等院校相关专业的师生参考。

概念

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。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。建筑物下的混凝土基础，其刚度很大，可以认为其抗弯刚度EI趋于无穷大，这类基础均可认为是刚性基础。在中心荷载作用下，刚性基础不会发生挠曲变形，基底各点的沉降是相同的。在刚性基础复合地基中，基底面处满足等应变假设，即桩顶与桩间土的变形相同。

当基础的抗弯刚度趋于0时，认为这种基础为绝对柔性基础。如果假设这种基础是由许多小块组成，那么各小块之间光滑而无摩擦，基础上的荷载通过小块直接传递在土上，基础底面的压力分布图形将与基础上作用的荷载分布图形相同，基础底面的沉降则各处不同。对于由土筑成的路堤，可以近似的认为路堤本身不传递剪力，那么它就相当于一种柔性基础。本文中的柔性基础复合地基即是指路堤荷载作用下的复合地基。在柔性基础复合地基中，桩顶与桩间土体的变形不同，存在一沉降差，这就使得柔性基础复合地基的受力与变形性状不同于刚性基础复合地基。

按桩端持力层强度分类

根据复合地基中桩的荷载传递机理，以及工程中遇到的复合地基实际情况，按桩端持力层强度，将复合地基分为两类:一是桩体穿透整个软弱土层，桩端支撑在较坚硬的土层上形成的支承式复合地基， 其下卧层的变形和承载力均能满足要求；二是桩体未能穿透整个软弱土层，复合土层下仍然存在软弱下卧层的悬浮式复合地基。一般情况下，第一类复合地基常以承载力为控制条件，而第二类复合地基则须以变形为控制条件。

第一类复合地基类似于桩基础中的端承桩，两者荷载传递的不同之处是：复合地基中的桩体是地基的一部分，是承载结构，而桩基础中的桩体是传力结构。对于柔性基础复合地基，在桩土变形协调的过程中，复合地基中的桩体和土体分别承担了上部荷载的作用，因而，复合地基的承载力是由这两部分组成的，即要考虑桩的端阻力和侧阻力；而端承桩基础中，外部荷载通过桩身直接传递给基岩，桩的承载力主要由桩的端部提供，一般不考虑桩侧摩阻力的作用。

第二类复合地基类似于桩基础中的摩擦桩。按成桩后桩体的强度(或刚度)分类；1)柔性桩复合地基—以散体土类桩构成，如碎石桩、砂桩等。2)半刚性桩复合地基—以水泥土类桩构成，如水泥土搅拌桩、旋喷桩等。3)刚性桩复合地基—以混凝土类桩构成，如水泥粉煤灰碎石桩(亦称CFG桩)、素混凝土桩等 。

第1章 绪论

1.1 复合地基

1.2 桩基复合地基

1.2.1 散体材料桩复合地基

1.2.2 柔性桩复合地基

1.2.3 刚性桩复合地基

1.3 PCC桩复合地基的研发思路

第2章 PCC桩复合地基技术开发

2.1 引言

2.2 PCC桩的技术原理

2.3 PCC桩的施工机具

2.3.1 施工机具的基本性能要求

2.3.2 桩基设备的设计原则

2.3.3 施工机具的结构组成

2.4 PCC桩的施工工艺

2.5 PCC桩的质量检测方法

2.5.1 桩芯土开挖检测

2.5.2 低应变反射波法检测

2.5.3 静荷载试验

2.6 PCC桩的应用范围

第3章 竖向荷载作用下PCC桩承载性状

3.1 引言

3.2 竖向荷载作用下PCC桩足尺模型试验

3.2.1 模型槽试验系统

3.2.2 试验方案

3.2.3 模型制作

3.2.4 施加荷载

3.2.5 试验结果与分析

3.3 PCC桩竖向荷载传递简化分析

3.3.1 理论模型的建立

3.3.2 参数影响特性分析

3.4 PCC桩竖向荷载传递数值模拟分析

3.4.1 数值模型的建立

3.4.2 数值模型的验证

3.4.3 PCC桩侧内摩阻力特性分析

第4章 水平荷载作用下PCC桩承载性状

4.1 引言

4.2 水平荷载作用下PCC桩承载特性足尺模型试验

4.2.1 模型槽试验系统

4.2.2 试验方案

4.2.3 试验结果与分析

4.3 水平荷载作用下PCC桩承载特性现场试验

4.3.1 工程地质概况

4.3.2 试验方案及试验桩性状

4.3.3 施加荷载及测试方法

4.3.4 试验结果与分析

4.4 水平荷载作用下PCC桩荷载传递弹塑性解

4.4.1 模型的建立

4.4.2 控制方程和边界条件

4.4.3 极限土抗力的确定

4.4.4 方程的有限差分解

4.4.5 算例验证

4.5 水平荷载作用下PCC桩承载特性数值模拟分析

4.5.1 数值模型的建立

4.5.2 数值模型的验证

4.5.3 参数影响特性分析

第5章 PCC桩负摩阻力特性

5.1 引言

5.2 PCC桩负摩阻力小比尺模型试验

5.2.1 模型槽试验系统

5.2.2 模型桩和土样的制作

5.2.3 荷载的施加

5.2.4 试验结果与分析

5.3 负摩阻力作用下PCC桩荷载传递简化分析

5.3.1 理论模型的建立

5.3.2 理论模型的验证

……

第6章 柔性基础下PCC桩复合地基承载性状

第7章 刚性基础下PCC桩复合地基承载性状

第8章 PCC桩沉桩挤土效应

第9章 PCC桩低应变检测理论

第10章 PCC桩复合地基工程应用

参考文献 2100433B