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1 绪论1

1.1 复合地基的定义、分类和形成条件1

1.1.1 复合地基的定义1

1.1.2 复合地基的分类2

1.1.3 复合地基的形成条件4

1.2 研究背景6

1.3 复合地基效应与破坏模式7

1.3.1 复合地基效应7

1.3.2 复合地基破坏模式8

1.4 复合地基的研究现状10

1.4.1 试验研究10

1.4.2 数值计算13

1.4.3 复合地基承载力和沉降研究14

1.4.4 变刚度理论研究16

1.5 研究思想、方法和内容17

2 模型试验设计19

2.1 城市地下工程相似模拟试验系统介绍19

2.1.1 模型箱体20

2.1.2 加载系统20

2.1.3 加载油路系统20

2.1.4 数据采集系统20

2.2 相似理论基础22

2.2.1 相似理论概述22

2.2.2 相似理论基础23

2.2.3 相似定理23

2.2.4 相似准则的导出25

2.2.5 准则的判断和选择26

2.2.6 物理相似模型试验设计的基本原则和设计步骤27

2.3 模拟试验设计28

2.3.1 罗列参数、求准则28

2.3.2 试验内容30

2.3.3 试验方案31

3 模型试验结果及分析38

3.1 单桩复合地基模型试验38

3.1.1 p-s曲线38

3.1.2 桩土应力比及荷载分担39

3.1.3 桩身应力分布40

3.1.4 桩侧摩阻力沿桩身分布40

3.1.5 土体竖向应力沿深度分布41

3.2 群桩复合地基模型试验42

3.2.1 p-s曲线42

3.2.2 桩土应力比及荷载分担43

3.2.3 桩身应力分布44

3.2.4 桩侧摩阻力沿桩身分布46

3.2.5 土体竖向应力沿深度分布47

3.2.6 差异沉降49

3.3 变刚度复合地基模型试验50

3.3.1 p-s曲线50

3.3.2 桩土应力比及荷载分担50

3.3 桩身应力分布51

3.3.4 差异沉降52

3.4 改变褥垫层厚度的复合地基模型试验53

3.4.1 p-s曲线53

3.4.2 桩土应力比及荷载分担53

3.4.3 桩身应力分布55

3.4.4 褥垫层对桩间土应力分布的影响55

3.5 桩长、荷载对复合地基沉降的影响规律55

3.5.1 单桩复合地基55

3.5.2 九桩复合地基56

4 数值模拟结果及分析58

4.1 概述58

4.2 ANSYS在土木工程中的应用58

4.2.1 ANSYS简介58

4.2.2 ANSYS在土木工程中应用介绍60

4.3 有限元模型的建立69

4.3.1 计算模型体系69

4.3.2 单元划分69

4.3.3 刚度矩阵的建立72

4.3.4 方程组求解方法的选择72

4.4 材料非线性的模拟73

4.5 复合地基数值模拟分组方案74

4.6 单桩复合地基数值模拟75

4.6.1 桩长的影响75

4.6.2 桩径的影响78

4.6.3 桩身模量的影响79

4.6.4 加固区土体压缩模量的影响80

4.6.5 下卧层土体压缩模量的影响82

4.7 褥垫层作用机理的数值模拟84

4.7.1 褥垫层厚度的影响84

4.7.2 褥垫层模量的影响85

4.8 群桩复合地基数值模拟86

4.8.1 桩长的影响86

4.8.2 桩身模量的影响90

4.8.3 加固区土体压缩模量的影响93

4.8.4 下卧层土体压缩模量的影响95

4.9 变刚度复合地基的数值模拟97

5 实现变刚度复合地基的必要性与方案研究100

5.1 控制沉降和差异沉降的重要性100

5.2 差异沉降的产生101

5.2.1 群桩中不同桩位的差异沉降101

5.2.2 不同荷载下产生的差异沉降101

5.2.3 桩体下不同下卧层的差异沉降101

5.3 群桩复合地基应力场、位移场的分析102

5.3.1 群桩复合地基应力场、位移场特点102

5.3.2 群桩复合地基中桩、边桩、角桩应力场、位移场比较104

5.4 实现变刚度复合地基的方案研究106

5.4.1 改变桩长106

5.4.2 改变桩径106

5.4.3 改变桩体模量107

5.5 变刚度复合地基应力场、位移场的分析107

5.5.1 桩顶应力108

5.5.2 负摩阻力和桩身最大应力108

5.5.3 桩侧正摩阻力和桩端应力108

5.6 变刚度调平设计的基本内容109

5.6.1 变刚度调平设计的概念109

5.6.2 天然地基箱基的变形特征109

5.6.3 均匀布桩的桩筏基础的变形特征110

5.6.4 均匀布桩的桩顶反力分布特征110

5.6.5 碟形沉降和马鞍形反力分布的负面效应111

5.6.6 变刚度调平概念设计111

5.6.7 试验验证113

5.6.8 工程应用113

6 复合地基承载力和沉降计算115

6.1 传统复合地基承载力计算115

6.1.1 复合地基承载力计算模式115

6.1.2 应力比公式116

6.1.3 稳定分析法116

6.1.4 粘结材料桩极限承载力计算117

6.1.5 桩间土极限承载力计算118

6.1.6 复合地基加固区下卧层承载力验算118

6.2 传统复合地基沉降计算118

6.2.1 复合地基沉降计算模式118

6.2.2 加固区压缩量的计算方法119

6.2.3 下卧层压缩量的计算方法120

6.3 变刚度复合地基承载力计算122

6.4 变刚度复合地基沉降计算122

6.4.1 加固区压缩量的计算方法122

6.4.2 下卧层压缩量的计算方法124

6.5 桩体沉降法计算复合地基沉降124

6.5.1 单桩复合地基125

6.5.2 群桩复合地基127

6.5.3 桩体沉降法与模型试验值检验131

6.5.4 桩体沉降法与唐山会展中心广场沉降观测值检验132

6.6 变刚度复合地基沉降计算经验公式推导133

6.7 长短桩复合地基设计135

6.7.1 长短桩复合地基适用范围135

6.7.2 长短桩复合地基设计步骤135

6.8 以沉降量为控制指标的复合桩基设计136

6.8.1 桩土共同工作的客观现象中的主要特征136

6.8.2 以沉降量为控制指标的复合桩基设计基本概念137

7 应用灰色理论预测复合地基沉降141

7.1 应用传统GM（1，1）模型进行沉降预测141

7.1.1 传统GM（1，1）模型建立141

7.1.2 模型精度的检验142

7.1.3 预测分析143

7.2 应用加权均值GM（1，1）模型进行沉降预测144

7.2.1 加权均值生成144

7.2.2 加权均值生成的性质144

7.2.3 加权均值生成的逆运算146

7.2.4 建模原理146

7.2.5 预测分析147

7.3 精度检验148

参考文献149